KR20240017854A - System and method for sequencing nucleotides using two optical channels - Google Patents
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Abstract
개시된 기술은 핵산 시퀀싱 분야에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 단일 광학 여기 및 적어도 3개의 형광 표지를 활용하는 DNA 시퀀싱을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 개시된 기술은 제1 검출기에 의해 검출 가능한 빛을 방출할 수 있는 제1 형광 표지에 커플링된 제1 뉴클레오티드, 제2 검출기에 의해 검출 가능한 빛을 방출할 수 있는 제2 형광 표지에 커플링된 제2 뉴클레오티드, 제1 및 제2 검출기 모두에 의해 검출 가능한 빛을 방출할 수 있는 제3 형광 표지에 커플링된 제3 뉴클레오티드, 및 형광 표지에 커플링되지 않은 제4 뉴클레오티드를 사용한다. 개시된 기술은 방출이 제1 검출기, 제2 검출기, 제1 및 제2 검출기 모두에 의해 수신되는지, 또는 제1 검출기와 제2 검출기 어느 것에도 수신되지 않는지 여부에 기초하여 핵산 서열의 뉴클레오티드를 식별할 수 있다.The disclosed technology relates to the field of nucleic acid sequencing, and more particularly to systems and methods for DNA sequencing utilizing single optical excitation and at least three fluorescent labels. In some embodiments, the disclosed technology includes a first nucleotide coupled to a first fluorescent label capable of emitting light detectable by a first detector, a second fluorescent label capable of emitting light detectable by a second detector. a second nucleotide coupled to a third nucleotide coupled to a third fluorescent label capable of emitting light detectable by both the first and second detectors, and a fourth nucleotide not coupled to the fluorescent label. do. The disclosed technology can identify nucleotides in a nucleic acid sequence based on whether the emission is received by the first detector, the second detector, both the first and second detectors, or neither the first nor the second detector. You can.
Description
관련 출원과의 상호 참조Cross-references with related applications
본 출원은 2021년 6월 3일에 출원된 미국 특허 출원 번호 17/338,590에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 전체가 참조로 통합되어 있다.This application claims priority to U.S. Patent Application No. 17/338,590, filed June 3, 2021, the contents of which are incorporated by reference in their entirety.
일부 유형의 차세대 시퀀싱 기술에서는 표적 폴리뉴클레오티드의 증폭 후 플로우셀(flowcell)에 DNA 클러스터가 생성된다. 플로우셀 내 DNA 클러스터 밀도를 높이고 (예를 들어, 나노웰 사용을 통해) 더 빠른 이미징 기술을 배포하면 DNA 시퀀싱 처리량을 확장하고 전체 시퀀싱 비용을 줄일 수 있다. 그러나 더 빠른 이미징 기술을 사용하면 DNA 클러스터의 신호가 더 어두워질 수 있으며, 어두워진 신호를 보상하기 위해 더 높은 전력의 광원이 필요하게 된다. 고출력 레이저와 같은 고출력 광원은 가격이 비싸고 상대적으로 많은 양의 에너지를 소비하며 방열되어야 하는 상당한 양의 열을 발생시킬 수 있다. 또한, 더 높은 출력의 빛에 노출되면 표적 폴리뉴클레오티드에 빛에 의한 손상이 더 많이 발생하여 신호 감쇠가 빨라지고 여러 시퀀싱 주기에 걸쳐 시퀀싱 데이터 품질이 저하될 수 있다.In some types of next-generation sequencing technologies, DNA clusters are generated on a flowcell after amplification of target polynucleotides. Increasing the density of DNA clusters within the flowcell and deploying faster imaging technologies (e.g., through the use of nanowells) can scale DNA sequencing throughput and reduce overall sequencing costs. However, with faster imaging techniques, the signal from DNA clusters may become dimmer, requiring a higher power light source to compensate for the darker signal. High-power light sources, such as high-power lasers, are expensive, consume relatively large amounts of energy, and can generate significant amounts of heat that must be dissipated. Additionally, exposure to higher output light may cause more light-induced damage to the target polynucleotide, resulting in faster signal decay and reduced sequencing data quality over multiple sequencing cycles.
기존 DNA 시퀀싱 시스템 및 방법, 예를 들어, 2채널 또는 4채널 시퀀싱 화학을 사용하는 기존 시퀀싱 플랫폼은 2개 이상의 여기 광원을 활용하여 표적 폴리뉴클레오티드에서 형광 표지와 접합된 데옥시리보핵산 유사체를 여기시킬 수 있다. 여기 광원의 수를 줄이면 비용을 절감하고 그러한 시퀀싱 시스템의 성능 견고성을 높일 수 있다. 또한 여기 광원의 수를 줄이면 샘플이 빛에 불필요하게 노출되는 것을 줄여 빛으로 인한 DNA 손상을 줄일 수 있다. 일 측면에서, 기판에 결합된 폴리뉴클레오티드 내의 뉴클레오티드를 식별하기 위한 시스템 및 그러한 시스템을 사용하는 방법이 개시된다. 시스템은 제1 파장 범위의 빛을 검출하도록 구성된 제1 검출기; 제2 파장 범위의 빛을 검출하도록 구성된 제2 검출기; 광학 주파수에서 빛을 출력하는 레이저 또는 발광 다이오드를 포함하는 광원; 및 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 기판 상의 핵산 서열로부터 방출을 자극하기 위해 광학 주파수에서 빛을 생성하고; 방출이 제1 검출기, 제2 검출기, 제1 및 제2 검출기 모두에 수신되는지 또는 제1 및 제2 검출기 어느 것에도 수신되지 않는지에 기초하여 핵산 서열에서 뉴클레오티드를 식별하도록 구성될 수 있다. 시스템은 제1 형광 표지에 커플링된 제1 뉴클레오티드; 제2 형광 표지에 커플링된 제2 뉴클레오티드; 제3 형광 표지에 커플링된 제3 뉴클레오티드; 및 형광 표지에 커플링되지 않은 제4 뉴클레오티드를 더 포함할 수 있다. 광원은 제1 형광 표지를 여기시켜 제1 검출기가 검출할 수 있는 빛을 방출하고; 제2 형광 표지를 여기시켜 제2 검출기가 검출할 수 있는 빛을 방출하고; 제3 형광 표지를 여기시켜 제1 및 제2 검출기 모두에서 검출할 수 있는 빛을 방출하도록 구성될 수 있다.Existing DNA sequencing systems and methods, for example, existing sequencing platforms using two- or four-channel sequencing chemistries, utilize two or more excitation light sources to excite deoxyribonucleic acid analogs conjugated with a fluorescent label at a target polynucleotide. You can. Reducing the number of excitation light sources can reduce cost and increase the performance robustness of such sequencing systems. Additionally, reducing the number of excitation light sources can reduce unnecessary exposure of the sample to light, thereby reducing DNA damage caused by light. In one aspect, a system for identifying nucleotides in a polynucleotide bound to a substrate and methods of using such system are disclosed. The system includes a first detector configured to detect light in a first wavelength range; a second detector configured to detect light in a second wavelength range; A light source including a laser or light-emitting diode that outputs light at an optical frequency; and a processor. The processor generates light at optical frequencies to stimulate emission from the nucleic acid sequences on the substrate; It can be configured to identify nucleotides in a nucleic acid sequence based on whether the emission is received by a first detector, a second detector, both the first and second detectors, or neither the first nor the second detector. The system includes a first nucleotide coupled to a first fluorescent label; a second nucleotide coupled to a second fluorescent label; a third nucleotide coupled to a third fluorescent label; And it may further include a fourth nucleotide that is not coupled to the fluorescent label. The light source excites the first fluorescent label to emit light that can be detected by the first detector; exciting the second fluorescent label to emit light that can be detected by a second detector; The third fluorescent label may be configured to excite to emit light detectable by both the first and second detectors.
또 다른 실시양태는 광원으로부터 폴리뉴클레오티드에 광학 주파수에서 빛을 방출하는 단계; 폴리뉴클레오티드에 제1 파장의 빛, 제2 파장의 빛, 제1 및 제2 파장의 빛 모두에서 형광을 발광하는 결합된 형광 표지가 있는지 또는 형광이 없는지를 결정하는 단계; 제1 파장의 빛, 제2 파장의 빛, 제1 및 제2 파장의 빛 모두에서 검출 가능한 방출이 있는지 또는 형광이 없는지에 따라 폴리뉴클레오티드의 서열을 식별하는 단계를 포함하는 폴리뉴클레오티드의 서열을 결정하는 방법이다.Another embodiment includes emitting light at an optical frequency from a light source to a polynucleotide; determining whether the polynucleotide has a bound fluorescent label that emits fluorescence under a first wavelength of light, a second wavelength of light, both the first and second wavelengths of light, or is devoid of fluorescence; Determining the sequence of a polynucleotide comprising identifying the sequence of the polynucleotide based on whether there is detectable emission or no fluorescence in the first wavelength of light, the second wavelength of light, both the first and second wavelengths of light. This is how to do it.
본원에 개시된 시스템, 장치, 키트 및 방법은 각각 여러 측면을 가지며, 그 중 어느 하나만이 바람직한 속성을 단독으로 책임지지 않는다. 더 적거나, 추가적이고/거나 다른 구성 요소, 단계, 특징, 대상, 혜택, 및 이점을 갖는 실시양태를 포함하여 수많은 다른 실시양태들도 고려된다. 구성 요소, 측면, 및 단계는 다르게 배열 및 순서화될 수도 있다. 본 논의를 고려한 후, 특히 "상세한 설명"이라는 제목의 섹션을 읽은 후에는 본원에 개시된 장치 및 방법의 특징이 다른 공지된 장치 및 방법에 비해 어떻게 이점을 제공하는지 이해할 수 있을 것이다.The systems, devices, kits and methods disclosed herein each have multiple aspects, no single one of which is solely responsible for the desirable properties. Numerous other embodiments are also contemplated, including embodiments with fewer, additional and/or different components, steps, features, objects, benefits, and advantages. Components, aspects, and steps may be arranged and ordered differently. After considering this discussion, and especially after reading the section titled “Detailed Description,” you will understand how the features of the devices and methods disclosed herein provide advantages over other known devices and methods.
본원에 개시된 시스템의 임의의 특징들은 임의의 바람직한 방식 및/또는 구성으로 함께 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본원에 개시된 방법의 임의의 특징들은 임의의 바람직한 방식으로 함께 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 방법 및/또는 시스템의 특징들의 임의의 조합이 함께 사용될 수 있고/있거나 본원에 개시된 임의의 실시예와 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 전술한 개념과 아래에서 더 자세히 논의되는 추가 개념의 모든 조합은 본원에 개시된 발명의 주제의 일부인 것으로 간주되며, 본원에 설명된 혜택과 이점을 달성하는 데 사용될 수 있음을 이해해야 한다.It should be understood that any of the features of the systems disclosed herein may be combined together in any desirable manner and/or configuration. Additionally, it should be understood that any of the features of the methods disclosed herein may be combined together in any desirable manner. Additionally, it should be understood that any combination of features of the methods and/or systems may be used together and/or combined with any of the embodiments disclosed herein. It should be understood that all combinations of the foregoing concepts and additional concepts discussed in more detail below are considered part of the inventive subject matter disclosed herein and may be used to achieve the benefits and advantages described herein.
본 개시내용의 실시예의 특징들은 다음의 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써 명백해질 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 동일하지는 않지만 유사한 구성 요소에 대응한다. 간결성을 위해, 앞서 설명한 기능을 갖는 참조 번호 또는 특징은 그것이 나타나는 다른 도면과 관련하여 설명될 수도 있고 설명되지 않을 수도 있다.
도 1a는 개시된 시퀀싱 기술의 실시양태를 수행할 수 있는 예시적인 시퀀싱 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 1b는 개시된 시퀀싱 기술의 실시양태에서 사용될 수 있는 예시적인 이미징 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 1c는 개시된 시퀀싱 기술의 실시양태와 함께 사용될 수 있는 또 다른 예시적인 이미징 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1a에 표시된 바와 같은 시퀀싱 시스템에 사용되는 예시적인 컴퓨터 시스템의 기능 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 3은 개시된 시퀀싱 기술의 실시양태에 대한 예시적인 염료 표지 체계를 도시한다.
도 4는 개시된 시퀀싱 기술의 실시양태 내에서 완전 기능화된 뉴클레오티드 집합의 예시적인 방출 스펙트럼을 나타낸다.
도 5는 완전히 기능화된 3개의 뉴클레오티드의 단일 여기, 2광학 채널 검출의 형광 결과의 예를 개략적으로 도시한다.
도 6은 개시된 기술의 일 실시양태에 따라 수행된 시퀀싱 실험의 산점도 결과를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 개시된 기술의 일 실시양태에 따라 수행된 시퀀싱 실험의 결과를 나타내는 선 그래프이다.
도 8은 개시된 기술의 일 실시양태에 따라 수행된 추가 시퀀싱 실험의 산점도 결과를 나타낸다.
도 9a는 개시된 기술의 실시양태에 따라 수행된 대안적인 추가 시퀀싱 실험의 산점도 결과를 나타낸다.
도 9b 및 도 9c는 개시된 기술의 실시양태에 따라 수행된 대안적인 추가 시퀀싱 실험의 결과를 나타내는 선 그래프이다.Features of embodiments of the present disclosure will become apparent by reference to the following detailed description and drawings, in which like reference numerals correspond to similar, but not identical, elements. For the sake of brevity, reference numerals or features having functions described above may or may not be described in relation to the other drawings in which they appear.
1A schematically depicts an example sequencing system capable of performing embodiments of the disclosed sequencing technology.
1B schematically depicts an example imaging system that may be used in embodiments of the disclosed sequencing technology.
1C schematically depicts another example imaging system that may be used with embodiments of the disclosed sequencing technology.
Figure 2 shows a functional block diagram of an example computer system used in a sequencing system as shown in Figure 1A.
Figure 3 depicts an exemplary dye labeling scheme for an embodiment of the disclosed sequencing technology.
Figure 4 shows an exemplary emission spectrum of a fully functionalized set of nucleotides within an embodiment of the disclosed sequencing technology.
Figure 5 schematically shows an example of the fluorescence results of a single excitation, two optical channel detection of three fully functionalized nucleotides.
Figure 6 shows scatter plot results of a sequencing experiment performed according to one embodiment of the disclosed technology.
7A and 7B are line graphs showing the results of a sequencing experiment performed according to one embodiment of the disclosed technology.
Figure 8 shows scatter plot results of additional sequencing experiments performed according to one embodiment of the disclosed technology.
Figure 9A shows scatter plot results of an alternative additional sequencing experiment performed in accordance with an embodiment of the disclosed technology.
9B and 9C are line graphs showing the results of alternative additional sequencing experiments conducted in accordance with embodiments of the disclosed technology.
본원에 언급된 모든 특허, 특허 출원, 및 기타 간행물은 이들 참고 문헌에 공개된 모든 서열을 포함하여 각 개별 간행물, 특허 또는 특허 출원이 구체적으로 그리고 개별적으로 참조에 의해 통합된 것처럼 동일한 범위 내에서 본원에 명시적으로 참조로 포함된다. 인용된 모든 문서는 관련 부분에서는 본원에 인용된 문맥에 명시된 목적에 따라 그 전체 내용이 본원에 참조로 통합된다. 그러나 임의의 문서의 인용이 본 공개와 관련하여 해당 문서가 선행 기술임을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.All patents, patent applications, and other publications mentioned herein, including all sequences disclosed in such references, are hereby incorporated by reference to the same extent as if each individual publication, patent, or patent application was specifically and individually incorporated by reference. is explicitly included by reference. All documents cited are, in relevant part, incorporated herein by reference in their entirety for the purposes specified in the context in which they are cited herein. However, citation of any document should not be construed as an admission that the document is prior art with respect to this disclosure.
도입introduction
개시된 기술의 실시양태는 단일 여기 광원과 두 개의 서로 다른 광학 채널을 사용하여 4개의 뉴클레오티드 염기를 식별할 수 있는 차세대 시퀀싱 시스템 및 방법에 관한 것이다. 개시된 시퀀싱 기술은 합성에 의한 시퀀싱 과정을 사용할 수 있다. 각 시퀀싱 주기 동안, 4가지 유형의 뉴클레오티드 유사체가 시퀀싱되는 폴리뉴클레오티드에 혼성화된 성장 프라이머에 혼입될 수 있다. 일부 실시양태에서, 4가지 유형의 뉴클레오티드 유사체는 어느 형광 염료와도 접합되지 않은 데옥시구아노신 삼인산염 (dGTP) 유사체, 제1 형광 염료와 접합된 데옥시티미딘 삼인산염 (dTTP) 유사체, 제2 형광 염료와 접합된 데옥시티딘 삼인산염 (dCTP) 유사체, 및 제3 형광 염료와 접합된 데옥시아데노신 삼인산염 (dATP) 유사체를 포함할 수 있다. 4가지 유형의 뉴클레오티드 유사체에 접합된 형광 염료는 예시적인 것일 뿐이며, 제한하기 위한 것이 아니다. 다른 실시양태에서, 어느 형광 염료와도 접합되지 않은 뉴클레오티드 유사체는 dTTP, dCTP, 또는 dATP일 수 있다. 다른 실시양태에서, 제1 형광 염료와 접합된 뉴클레오티드 유사체는 dGTP, dCTP, 또는 dATP일 수 있다. 다른 실시양태에서, 제2 형광 염료와 접합된 뉴클레오티드 유사체는 dGTP, dTTP, 또는 dATP일 수 있다. 다른 실시양태에서, 제3 형광 염료와 접합된 뉴클레오티드 유사체는 dGTP, dTTP, 또는 dCTP일 수 있다.Embodiments of the disclosed technology relate to next-generation sequencing systems and methods capable of identifying four nucleotide bases using a single excitation light source and two different optical channels. The disclosed sequencing technology may use a sequencing process by synthesis. During each sequencing cycle, four types of nucleotide analogs can be incorporated into the growth primers that hybridize to the polynucleotide being sequenced. In some embodiments, the four types of nucleotide analogs include a first deoxyguanosine triphosphate (dGTP) analog that is not conjugated to any fluorescent dye, a first deoxythymidine triphosphate (dTTP) analog that is conjugated to a first fluorescent dye, and a first fluorescent dye. 2 a deoxytidine triphosphate (dCTP) analog conjugated with a fluorescent dye, and a third deoxyadenosine triphosphate (dATP) analog conjugated with a fluorescent dye. The fluorescent dyes conjugated to the four types of nucleotide analogs are illustrative only and are not intended to be limiting. In other embodiments, the nucleotide analog that is not conjugated to any fluorescent dye may be dTTP, dCTP, or dATP. In other embodiments, the nucleotide analog conjugated to the first fluorescent dye may be dGTP, dCTP, or dATP. In other embodiments, the nucleotide analog conjugated with the second fluorescent dye may be dGTP, dTTP, or dATP. In other embodiments, the nucleotide analog conjugated with the third fluorescent dye can be dGTP, dTTP, or dCTP.
세 가지 형광 염료는 레이저와 같은 광원에서 나오는 여기광의 단일 파장 (또는 단일 좁은 파장 대역)에 의해 여기될 수 있다. 제1 형광 염료는 제1 광학 채널에서 촬영한 제1 이미지에서 캡처할 수 있는 방출 스펙트럼을 가지고 있다. 제2 형광 염료는 제2 광학 채널에서 촬영한 제2 이미지에서 캡처할 수 있는 방출 스펙트럼을 가지고 있다. 제3 형광 염료는 제1 및 제2 광학 채널 모두에서 캡처한 이미지에서 캡처할 수 있을 만큼 넓은 방출 스펙트럼을 가지고 있다. 따라서, 무염료, 제1 염료, 제2 염료, 또는 제3 염료와 회합된 뉴클레오티드 유사체 (또는 복수의 동일한 뉴클레오티드 유사체를 갖는 DNA 클러스터)는 각각 무이미지, 제1 이미지, 제2 이미지, 또는 양쪽 이미지에서 회절 제한점이 발생하는지 여부에 따라 식별할 수 있다.The three fluorescent dyes can be excited by a single wavelength (or a single narrow wavelength band) of excitation light from a light source such as a laser. The first fluorescent dye has an emission spectrum that can be captured in a first image taken in the first optical channel. The second fluorescent dye has an emission spectrum that can be captured in a second image taken in the second optical channel. The third fluorescent dye has an emission spectrum that is wide enough to be captured in images captured in both the first and second optical channels. Accordingly, a nucleotide analog (or a DNA cluster having a plurality of identical nucleotide analogs) associated with a free dye, a first dye, a second dye, or a third dye may be image-free, the first image, the second image, or both images, respectively. It can be identified depending on whether a diffraction limit point occurs.
개시된 시스템 및 방법의 비제한적인 이점은 더 적은 공정 단계로 더 효율적인 시퀀싱 워크플로우를 가능하게 하는 것을 포함한다. 또한, 본원에 설명된 바와 같이 3염료 시스템을 사용하는 시퀀싱 시스템은 더 적은 구성요소를 가질 수 있고, 작동 비용이 더 저렴하고 전력 효율이 더 높을 수 있다. 예를 들어, 개시된 시스템 및 방법은 이전 시스템보다 더 적은 수의 여기 광원을 필요로 할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 다수의 여기 광원이 필요했던 이전 시스템에 비해 단일 여기 광원만 필요할 수 있다. 따라서 필요한 이미징 단계가 줄어들고 시스템이 더 전력 효율적일 수 있다. 시퀀서의 구성 요소 수가 적으면 비용이 실질적으로 절감되고 기기 설계가 간소화될 수 있다. 시퀀서의 구성 요소 수가 적으면 시스템의 효율성 및 기기 성능의 견고성도 높아질 수 있다. 또한, 개시된 시스템 및 방법은 여기 광에 대한 표적 폴리뉴클레오티드의 노출이 더 적을 수 있으며, 이는 빛에 의한 DNA 손상을 경감하여 시퀀싱 데이터 품질 및 서열 염기 호출 정확도를 높일 수 있다.Non-limiting advantages of the disclosed systems and methods include enabling a more efficient sequencing workflow with fewer processing steps. Additionally, sequencing systems using a three-dye system as described herein may have fewer components, be less expensive to operate, and be more power efficient. For example, the disclosed systems and methods may require fewer excitation light sources than previous systems. In some embodiments, only a single excitation light source may be required compared to previous systems that required multiple excitation light sources. This reduces the number of imaging steps required and allows the system to be more power efficient. Having fewer components in a sequencer can substantially reduce costs and simplify device design. Fewer components in the sequencer can increase system efficiency and robustness of device performance. Additionally, the disclosed systems and methods may require less exposure of the target polynucleotide to excitation light, which may reduce light-induced DNA damage and thereby increase sequencing data quality and sequence base calling accuracy.
예시 시퀀서Example sequencer
도 1a에는, 개시된 시퀀싱 기술을 수행할 수 있는 예시적인 시퀀싱 시스템 100이 도시되어 있다. 시퀀싱 시스템 100은 단일 광학 여기 및 적어도 3개의 형광 표지에 기초하여 개시된 시퀀싱 방법을 활용하도록 구성될 수 있다. 활용되는 시퀀싱 반응의 비제한적인 예로는 Illumina® 염료 시퀀싱 또는 HeliScope® 단일 분자 시퀀싱에 사용되는 것과 같은 합성에 의한 시퀀싱 과정의 변형이 포함될 수 있다.1A, an
시퀀싱 시스템 100은 시퀀싱 시스템 100의 일부인 유체공학 시스템 104에 의해 공급되는 시퀀싱 시약을 사용하여 원시 시퀀싱 데이터를 생성하도록 구성된 광학 시스템 102를 포함할 수 있다. 원시 시퀀싱 데이터는 광학 시스템 102에 의해 캡처된 형광 이미지를 포함할 수 있다. 시퀀싱 시스템100은 통신 채널 108a 및 108b를 통해 광학 시스템 102 및 유체공학 시스템 104를 제어하도록 구성될 수 있는 컴퓨터 시스템 106을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 시스템 102의 컴퓨터 인터페이스 110은 통신 채널 108a를 통해 컴퓨터 시스템 106과 통신하도록 구성될 수 있다.
시퀀싱 반응 동안, 유체공학 시스템 104는 하나 이상의 시약 튜브 112를 통해 시약의 흐름을 장착 스테이지 116에 배치된 플로우셀 114로 또는 그로부터 향하게 할 수 있다. 시약은 예를 들어 형광 표지된 뉴클레오티드, 완충액, 효소, 및 절단 시약을 포함할 수 있다. 플로우셀 114는 적어도 하나의 유체 채널을 포함할 수 있다. 플로우셀 114는 패턴화된 배열 플로우셀 또는 무작위 배열 플로우셀일 수 있다. 플로우셀 114는 적어도 하나의 유체 채널에서 시퀀싱되도록 단일 가닥 폴리뉴클레오티드의 복수의 클러스터를 포함할 수 있다. 폴리뉴클레오티드의 길이는 예를 들어, 200 염기부터 1000 뉴클레오타이드까지 다양할 수 있다. 폴리뉴클레오티드는 플로우셀 114의 하나 이상의 유체 채널에 부착될 수 있다. 일부 실시양태에서, 플로우셀 114는 복수의 웰을 포함할 수 있고, 여기서 각 웰은 시퀀싱될 폴리뉴클레오티드의 복수의 사본을 포함할 수 있다. 장착 스테이지 116은 광학 시스템 102의 다른 구성요소와 관련하여 플로우셀 114의 적절한 정렬 및 이동을 허용하도록 구성될 수 있다. 일 실시양태에서, 장착 스테이지 116은 플로우셀 114를 렌즈 118과 정렬시키는 데 사용될 수 있다.During a sequencing reaction, the
광학 시스템 102은 소정의 파장, 예를 들어, 455 nm 부근에서 좁게 분포된 파장을 갖는 빛을 생성하도록 구성된, 단일 레이저 또는 단일 LED와 같은 단일 광원 120을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 소정의 파장은 405 nm 내지 460 nm의 범위 내에 있다. 그러나, 실시양태는 임의의 특정 파장의 빛으로 제한되지 않는다. 광원은 플로우셀의 뉴클레오티드에 부착된 형광 표지를 여기시키는 정확한 파장의 빛을 생성하도록 구성하기만 하면 된다.
광원 120에서 생성된 빛은 광섬유 케이블 122를 통과하여 플로우셀 114의 형광 표지를 여기시킬 수 있다. 포커서 124에 장착된 렌즈 118은 z축을 따라 이동할 수 있다. 집중된 형광 방출은 검출기 126, 예를 들어 전하 결합 소자 (CCD) 센서 또는 상보성 금속 산화물 반도체 (CMOS) 센서에 의해 검출될 수 있다. 일부 실시양태에서, 뉴클레오티드 혼입은 예를 들어, Levene 외.Science 299, 682-686 (2003); Lundquist 외. Opt. Lett. 33, 1026-1028 (2008); 및 Korlach 외. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 1176-1181 (2008)에 공개된 바와 같은 제로모드 도파관으로 검출될 수 있고, 해당 공개는 그 전체가 본원에 참조로 통합되어 있다.Light generated from the
광학 시스템 102의 필터 어셈블리 128은 플로우셀 114 내의 형광 표지로부터 형광 방출을 필터링하도록 구성될 수 있다. 필터 어셈블리 128은 시퀀싱 반응에 사용되는 특정 형광단에 따라 사용자가 선택할 수 있는 복수의 광학 필터를 포함할 수 있다. 일 다른 실시양태에서, 컴퓨터 시스템 106은, 예를 들어, 샘플 바이알에 부착된 표지 및/또는 바코드를 스캔하고 표지 및/또는 바코드에 기초하여 시퀀싱 반응에 사용될 특정 형광단을 결정함으로써, 또는 이전의 시퀀싱 반응과 관련된 메모리에 저장된 정보를 검색함으로써, 시퀀싱 반응에 사용될 광학 필터를 자동으로 결정할 수 있고, 그 다음 원하는 광학 필터를 선택 및 사용하도록 필터 어셈블리 128을 제어할 수 있다. 한 번에 하나 초과의 필터를 사용할 수 있다. 각 필터는 시스템에서 사용되는 형광 분자의 유형에 따라 롱패스 필터, 숏패스 필터, 대역 저지 필터, 또는 대역 통과 필터일 수 있다. 예를 들어, 사용자는 제1 필터 및 제2 필터를 선택할 수 있다. 제1 필터는 제1 형광 표지의 방출 스펙트럼 피크와 일치하도록 선택된 대역 통과 필터일 수 있다. 제2 필터는 제2 형광 표지의 방출 스펙트럼의 피크와 일치하도록 선택된 대역 통과 필터일 수 있다. 두 대역 통과 필터의 투과 창 사이의 간격은 예를 들어, 적어도 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500 nm이거나, 이 값들 중 임의의 두 값 사이의 수 또는 범위일 수 있다. 제1 대역 통과 필터의 투과 창의 중심과 제2 대역 통과 필터의 투과 창의 중심은 예를 들어, 10 nm 내지 100 nm 범위에서 서로 떨어져 있을 수 있다. 제1 대역 통과 필터의 투과 창의 중심과 제2 대역 통과 필터의 투과 창의 중심은 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 nm, 또는 이 값들 중 임의의 두 값 사이의 수 또는 범위로 떨어져 있을 수 있거나, 또는 대략 이들 값으로 떨어져 있을 수 있다.
일부 실시양태에서, 검출기 126은 하나의 서브 검출기를 포함하고, 필터 어셈블리 128의 필터는 서브 검출기 앞에서 기계적으로 전환되거나 회전될 수 있어서, 상이하게 필터링된 이미지가 서브 검출기에 의해 순차적으로 촬영될 수 있다. 일부 실시양태에서, 검출기 126은 하나의 서브 검출기를 포함하고 필터 어셈블리 128은 자극의 적용에 따라 가변적인 광 투과율을 갖는 전환 가능한 물질의 적어도 하나의 층을 포함할 수 있으며, 여기서 자극은 빛, 전기, 온도 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 결과적으로, 필터 어셈블리 128은 상이하게 필터링된 이미지들이 서브 검출기에 의해 순차적으로 촬영될 수 있도록 복수의 광학 필터를 제공할 수 있다. 일부 실시양태에서, 검출기 126은 하나의 서브 검출기를 포함하고 필터 어셈블리 128은 마이크로 전자 기계 시스템 기술에 기초한 하나 이상의 전환 가능한 필터를 포함할 수 있으며, 따라서 상이하게 필터링된 이미지가 서브 검출기에 의해 순차적으로 촬영될 수 있다.In some embodiments,
일부 실시양태에서, 검출기 126은 2개 이상의 서브 검출기, 예를 들어 제1 필터와 커플링된 제1 검출기 및 제2 필터와 커플링된 제2 검출기를 포함할 수 있고, 광학 시스템 102은 형광 방출을 분할하도록 구성된 2개 이상의 2색 거울/빔 스플리터를 포함할 수 있다. 2색 거울로 형광 방출을 분할한 후, 검출기 126은 예를 들어 2개의 서로 다른 필터와 커플링된 2개의 서브 검출기를 사용하여 서로 다르게 필터링된 2개의 이미지를 동시에 (또는 시간적으로 근접하게) 촬영할 수 있다. 일부 실시양태에서, 검출기 126은 형광 방출의 유입 방향을 따라 적층된 2개 이상의 서브 검출기를 포함할 수 있다. 형광 방출의 서로 다른 파장은 유입 방향을 따라 차등적으로 감쇠하거나 차등적으로 흡수될 수 있으므로, 유입 방향을 따라 서로 다른 위치에 있는 서브 검출기는 서로 다르게 필터링된 이미지를 동시에 (또는 시간적으로 근접하게) 촬영하도록 구성될 수 있다.In some embodiments,
사용 시, 시퀀싱될 폴리뉴클레오티드를 갖는 샘플이 플로우셀 114에 로드되고 장착 스테이지 116에 배치될 수 있다. 그런 다음, 컴퓨터 시스템 106은 시퀀싱 주기를 시작하기 위해 유체공학 시스템 104를 가동시킬 수 있다. 시퀀싱 반응 동안, 컴퓨터 시스템 106은 통신 인터페이스 108b를 통해 유체공학 시스템 104에 시약, 예를 들어 표지된 뉴클레오티드 유사체를 플로우셀 114에 공급하도록 지시할 수 있다. 통신 인터페이스 108a 및 컴퓨터 인터페이스 110을 통해, 컴퓨터 시스템 106은 광학 시스템 102의 광원 120을 제어하여 미리 결정된 파장 근처의 빛을 생성하고, 예를 들어, 시퀀싱되는 폴리뉴클레오티드에 혼성화된 성장 프라이머에 혼입된 뉴클레오티드 유사체를 여기시킬 수 있다. 컴퓨터 시스템 106은 광학 시스템 102의 검출기 126을 제어하여 형광 표지된 뉴클레오티드 유사체를 갖는 DNA 클러스터의 회절 제한 지점의 이미지를 캡처할 수 있다. 컴퓨터 시스템 106은 검출기 126으로부터 형광 이미지를 수신하고 수신된 형광 이미지를 처리하여 시퀀싱 중인 폴리뉴클레오티드의 뉴클레오티드 서열을 결정할 수 있다.In use, a sample with polynucleotides to be sequenced may be loaded into the flow cell 114 and placed on a mounting stage 116.
도 1b에는 개시된 시퀀싱 기술에 사용될 이미징 시스템 10000의 예가 도시되어 있다. 예를 들어, 이미징 시스템 10000은 도 1a에 도시된 예시적인 시퀀싱 시스템 100에서 사용될 수 있다. 이미징 시스템 10000은 샘플의 목표 지점에서 형광단을 여기시키기 위한 빛을 제공할 수 있는 광원 11000을 포함할 수 있다. 광원 11000이 다양한 파장의 빛을 제공할 수 있도록, 광원 11000은 하나 이상의 레이저, 발광 다이오드, 또는 기타 광원을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 광원 11000은 사용되는 형광단 세트에 맞춰 조정된 미리 결정된 파장 범위를 갖는 빛을 선택적으로 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 광원 11000은 미리 정의된 범위의 빛의 파장에 해당하는 광학 주파수의 빛을 출력하도록 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 개시된 시퀀싱 시스템의 사용자는 시퀀싱 반응에 사용되는 특정 형광단에 따라 광원 11000으로부터 출력될 특정 광학 주파수를 선택할 수 있다.Figure 1B shows an example of an
이미징 시스템 10000은 광원 11000으로부터 샘플 13000 까지의 광 경로 12000, 예를 들어 하나 이상의 시퀀싱 반응이 일어나는 하나 이상의 흐름 챔버를 포함하는 미세유체 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 광 경로 12000은 거울, 렌즈, 프리즘, 1/4 파장판, 반파장판, 편광판, 필터, 2색 거울, 빔 분할기, 빔 결합기, 대물 렌즈, 광원의 빛을 샘플 등의 상대적으로 넓은 영역에 확산시키도록 구성된 광시야 광학 장치 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있다.광 경로 12000은 광원 11000으로부터의 빛을 샘플 13000으로 향하게 하도록 구성될 수 있다. 또한, 광 경로 12000은 샘플 13000에서 방출된 빛을 통합 검출 시스템 15000으로 향하게 하도록 구성될 수 있는 광학 부품을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 광원 11000으로부터의 빛을 샘플 13000으로 향하게 하는 데 사용되는 광학 요소의 일부는 샘플 13000의 빛을 통합 검출 시스템 15000으로 향하게 하는 데에도 사용된다. 광 경로 및 광학 시스템의 추가 예는 미국 특허 번호 7,589,315, 미국 특허 번호 8,951,781, 또는 미국 특허 번호 9,193,996에서 찾을 수 있으며, 이들 각각은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
이미징 시스템 10000은 샘플 13000에 대해 빛을 효과적으로 이동시켜 샘플을 스캔하여 이미지를 생성하는 스캐닝 시스템 14000을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 스캐닝 시스템 14000은 광 경로 12000 내에 구현될 수 있다. 예를 들어, 스캐닝 시스템 14000은 광 경로 12000 내에서 서로에 대해 상대적으로 이동하여 광원 11000으로부터 빛을 샘플 전체에 걸쳐 효과적으로 이동시키는 하나 이상의 스캐닝 거울을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 스캐닝 시스템 14000은 샘플 13000을 물리적으로 이동시켜 샘플이 광원 11000으로부터의 빛에 대해 상대적으로 이동하도록 하는 기계적 시스템으로 구현될 수 있다. 일부 실시양태에서, 스캐닝 시스템 14000은 광 경로 12000의 광학 구성요소와, 광원 11000으로부터의 빛과 샘플 13000이 서로에 대해 상대적으로 이동하도록 샘플 13000을 물리적으로 이동시키기 위한 기계적 시스템의 조합일 수 있다.The
이미징 시스템 10000은 하나 이상의 광 검출기뿐만 아니라, 샘플 13000의 이미지 데이터를 획득하고 처리하기 위해 관련 전자 회로, 프로세서, 데이터 저장소, 메모리 등을 포함하는 통합 검출 시스템 15000을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 통합 검출 시스템 15000은 광전자 증배관, 애벌런치(avalanche) 포토다이오드, 이미지 센서 (예를 들어, CCD, CMOS 센서 등) 등을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 통합 검출 시스템 15000의 광 검출기는 광 신호를 증폭하는 구성요소를 포함할 수 있으며 단일 광자에 민감할 수 있다. 일부 실시양태에서, 통합 검출 시스템 15000의 광 검출기는 복수의 채널 또는 픽셀을 가질 수 있다. 통합 검출 시스템 15000은 샘플 13000으로부터의 검출된 빛에 기초하여 하나 이상의 이미지를 획득할 수 있다.
일부 실시양태에서, 광 경로 12000은 샘플 13000 상에 복수의 노광 영역을 생성할 수 있는 어레이 생성기 12100을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 어레이 생성기 12100은 샘플 13000 상에 특정 광 노출 패턴을 생성할 수 있다. 이미징을 위해 샘플 13000의 영역을 선택적으로 조명하기 위해 스캐닝 시스템 14000을 사용하여 샘플 13000 위에서 노광 영역을 스캔할 수 있다. 통합 검출 시스템 15000은 복수의 노광 영역이 샘플 13000 위에서 스캔됨에 따라 샘플 13000의 특정 지점에 대응하는 신호를 통합할 수 있다. 예를 들어, 샘플 13000의 개별 지점에 대해 적분 검출 시스템 1500은 개별 지점이 서로 다른 노광 영역에 의해 서로 다른 시간에 조명되는 개별 지점에 해당하는 검출 신호를 선택적으로 집계할 수 있다. 일부 실시양태에서, 어레이 생성기 12100과 통합 검출 시스템 15000의 조합은 샘플 13000의 복수의 지점으로부터 동시에 또는 거의 동시에 빛을 검출할 수 있다. 일부 실시양태에서, 어레이 생성기 12100과 통합 검출 시스템 15000의 조합은 시간이 지남에 따라 샘플의 복수 지점에서 검출된 빛을 통합할 수 있다.In some embodiments,
일부 실시 양태에서, 복수의 시퀀싱 반응은 샘플 13000의 복수의 흐름 챔버에서 병렬로 실행될 수 있다. 예를 들어, 복수의 시퀀싱 반응은 복수의 생물학적 시료에 대해 수행될 수 있다. 일부 실시양태에서, 복수의 시퀀싱 반응은 서로 다른 세트의 형광단을 사용할 수 있다. 일부 실시양태에서, 광원 11000, 어레이 생성기 12100, 및 스캐닝 시스템 14000은 샘플 13000의 다른 영역에서 발생하는 시퀀싱 반응에 사용되는 형광단의 서로 다른 세트에 따라 서로 다른 광학 주파수의 빛으로 샘플 13000의 서로 다른 영역을 선택적으로 조명하도록 구성될 수 있다.In some embodiments, multiple sequencing reactions may be run in parallel in multiple flow chambers of
도 1c에는 개시된 시퀀싱 기술에 사용될 이미징 시스템 1500의 또 다른 예가 도시되어 있다. 예를 들어, 이미징 시스템 1500은 도 1a에 도시된 예시적인 시퀀싱 시스템 100에서 사용될 수 있다. 이미징 시스템 1500은 유체가 채워진 채널 1675에 의해 분리될 수 있는 상부 층 1671 및 하부 층 1673을 갖는 플로우셀 1600을 이미지화하는 데 사용될 수 있다. 도시된 구성에서, 상부 층 1671은 광학적으로 투명할 수 있고, 이미징 시스템 1500으로부터의 빛은 상부 층 1671의 내부 표면 1672 상의 영역 1676에 집중될 수 있다. 대안적인 구성에서, 이미징 시스템 1500으로부터의 빛은 하위층 1673의 내부 표면 1674에 집중될 수 있다. 표면 중 하나 또는 둘 다는 폴리뉴클레오티드 및 이미징 시스템 1500에 의해 검출될 수 있는 시퀀싱 반응을 함유하는 배열 특징을 포함할 수 있다.Figure 1C shows another example of an
이미징 시스템 1500은 광원 1502으로부터의 여기광을 플로우셀 1600으로 지향시키고 플로우셀 1600으로부터의 방출을 검출기 1508로 지향시키도록 구성된 대물렌즈 1501를 포함할 수 있다. 예시적인 레이아웃에서, 광원 1502으로부터의 여기광은 렌즈 1505를 통과한 다음, 빔 분할기 1506을 통과하고, 그런 다음 대물렌즈 1501를 통과하여 플로우셀 1600으로 이동한다. 일부 실시양태에서, 광원 1502은 하나 이상의 레이저, 발광 다이오드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원 1502은 하나의 레이저 1503와 하나의 발광 다이오드 1504를 포함할 수 있으며, 이는 사용자가 선택할 수 있는 서로 다른 파장 또는 파장 범위의 빛을 제공할 수 있다. 플로우셀 1600으로부터 방출된 빛은 대물렌즈 1501에 의해 포착될 수 있고 빔 조절 광학계 1507를 통해 빔 분할기에 의해 반사되어 검출기 1508 (예를 들어, CMOS 센서)로 반사될 수 있다. 빔 분할기 1506은 여기광의 경로에 직교하는 방향으로 방출광을 지향시킬 수 있다. 대물렌즈 1501의 위치는 z 차원으로 이동하여 플로우셀 1600의 여기광의 초점을 변경할 수 있다. 이미징 시스템 1500은 y 방향으로 앞뒤로 이동하여 플로우셀 1600의 여러 영역의 이미지를 캡처할 수 있다.
도 1a에 도시된 예시적인 시퀀싱 시스템 100의 컴퓨터 시스템 106은 광학 시스템 102 및 유체 시스쳄 104를 제어하도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 시스템 106에 대해 많은 구성이 가능하지만, 일 실시양태가 도 2에 예시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 시스템 106은 메모리 204, 저장소 206 및 통신 인터페이스 208과 전기적으로 통신하는 프로세서 202를 포함할 수 있다.The
프로세서 202는 시퀀싱 반응 동안 유체공학 시스템 104이 플로우셀 114에 시약을 공급하게 하는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다. 프로세서 202는 광학 시스템 102의 광원 120을 제어하여 미리 결정된 파장 근처의 빛을 생성하는 명령을 실행할 수 있다. 프로세서 202는 광학 시스템 102의 검출기 126을 제어하고 검출기 126으로부터 데이터를 수신하는 명령을 실행할 수 있다. 프로세서 202는 검출기 126으로부터 수신된 데이터, 예를 들어 형광 이미지를 처리하고 검출기 126으로부터 수신된 데이터를 기반으로 한 폴리뉴클레오티드의 뉴클레오티드 서열을 결정하도록 하는 명령을 실행할 수 있다.
메모리 204는 시퀀싱 시스템 100의 전원이 켜지면 컴퓨터 시스템 106의 기능을 수행하도록 프로세서 202를 구성하기 위한 명령을 저장하도록 구성될 수 있다. 시퀀싱 시스템 100의 전원이 꺼지면, 저장소 206은 컴퓨터 시스템 106의 기능을 수행하도록 프로세서 202를 구성하기 위한 명령을 저장할 수 있다. 통신 인터페이스 208은 컴퓨터 시스템 106, 광학 시스템 102, 및 유체공학 시스템 104 사이의 통신을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.Memory 204 may be configured to store instructions for configuring
컴퓨터 시스템 106은 단일 시퀀싱 시스템 100의 시퀀싱 결과를 표시하기 위한 디스플레이 장치 (도시하지 않음)와 통신하도록 구성된 사용자 인터페이스 210을 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스 210은 시퀀싱 시스템 100의 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 시스템 106의 광학 시스템 인터페이스 212 및 유체공학 시스템 인터페이스 214는 도 1a에 도시된 통신 링크 108a 및 108b를 통해 광학 시스템 102 및 유체공학 시스템 104를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 시스템 인터페이스 212는 통신 링크 108a를 통해 광학 시스템 102의 컴퓨터 인터페이스 110과 통신할 수 있다.The
컴퓨터 시스템 106은 검출기 126으로부터 수신된 데이터를 사용하여 폴리뉴클레오티드의 뉴클레오티드 서열을 결정하도록 구성된 핵염기 결정기 216을 포함할 수 있다. 핵염기 결정기 216은 주형 생성기 218, 위치 등록기 220, 강도 추출기 222, 강도 보정기 224, 염기 호출기 226, 및 품질 점수 결정기 228 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 주형 생성기 218은 검출기 126에 의해 캡처된 형광 이미지를 사용하여 플로우셀 114에 폴리뉴클레오티드 클러스터의 위치에 대한 주형을 생성하도록 구성될 수 있다. 위치 등록기 220은 주형 생성기 218에 의해 생성된 위치 주형에 기초하여 플로우셀 114의 폴리뉴클레오티드 클러스터의 위치를 검출기 126에 의해 캡처된 형광 이미지에 등록하도록 구성될 수 있다. 강도 추출기 222는 형광 이미지로부터 형광 방출의 강도를 추출하여 추출된 강도를 생성하도록 구성될 수 있다. 강도 보정기 224는 예를 들어 추출된 강도를 색상 보정하여 보정된 강도를 생성함으로써 서로 다른 광학 채널의 형광 표지 간의 누화(cross-talk)를 줄이거나 제거하도록 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 강도 보정기 224는 추출된 강도를 위상 보정하거나 사전 위상 보정할 수 있다. 염기 호출기 226은 수정된 강도로부터 폴리뉴클레오티드의 핵염기를 결정하도록 구성될 수 있다. 염기 호출기 226에 의해 결정된 폴리뉴클레오티드의 염기는 품질 점수 결정기 228에 의해 결정된 품질 점수와 연관될 수 있다. 핵 염기 결정기에 의해 수행될 수 있는 계산의 추가 세부사항은 미국 특허 출원 공개 번호 2020/0080142 및 2012/0020537에서 찾아볼 수 있으며, 이들 각각은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
단일 여기, 3-표지, 2-광학 채널을 사용한 시퀀싱Sequencing using single excitation, 3-label, 2-optical channels
개시된 기술은 합성에 의한 시퀀싱 프로세스를 사용할 수 있다. 각 시퀀싱 주기 동안 4가지 유형의 뉴클레오티드 유사체가 성장하는 프라이머-폴리뉴클레오티드에 추가되고 혼입될 수 있다. 4가지 유형의 뉴클레오티드 유사체는 서로 다른 변형을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 유형의 뉴클레오티드는 링커를 통해 제1 유형의 형광 표지와 접합된 데옥시티미딘 삼인산염 (dTTP)의 유사체일 수 있다. 제2 유형의 뉴클레오티드는 링커를 통해 제2 유형의 형광 표지와 접합된 데옥시시티딘 삼인산염 (dCTP)의 유사체일 수 있다. 제3 유형의 뉴클레오티드는 링커를 통해 제3 유형의 형광 표지와 접합된 데옥시아데노신 삼인산염 (dATP)의 유사체일 수 있다. 제4 유형의 뉴클레오티드는 어떤 형광 표지와도 접합되지 않은 데옥시구아노신 삼인산염 (dGTP)의 유사체일 수 있다. 뉴클레오티드 유사체를 혼입한 후 혼입되지 않은 뉴클레오티드 유사체는 세척 제거할 수 있다.The disclosed technology may use a sequencing-by-synthesis process. During each sequencing cycle, four types of nucleotide analogs can be added and incorporated into the growing primer-polynucleotide. The four types of nucleotide analogs can have different modifications. For example, as shown in Figure 3, the first type of nucleotide may be an analog of deoxythymidine triphosphate (dTTP) conjugated to a first type of fluorescent label via a linker. The second type of nucleotide may be an analog of deoxycytidine triphosphate (dCTP) conjugated to a second type of fluorescent label via a linker. The third type of nucleotide may be an analog of deoxyadenosine triphosphate (dATP) conjugated to a third type of fluorescent label via a linker. A fourth type of nucleotide may be an analog of deoxyguanosine triphosphate (dGTP) that is not conjugated with any fluorescent label. After incorporating the nucleotide analogs, the unincorporated nucleotide analogs can be washed and removed.
제1 형광 표지는 제1 광학 채널에서 촬영된 제1 이미지에서 캡처될 수 있는 방출 스펙트럼을 가질 수 있다. 제2 형광 표지는 제1 광학 채널과 별개인 제2 광학 채널에서 촬영된 제2 이미지에서 캡처될 수 있는 방출 스펙트럼을 가질 수 있다. 제3 형광 염료는 제1 광학 채널과 제2 광학 채널 모두에서 캡처될 수 있는 방출 스펙트럼을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 염료와 뉴클레오티드의 커플링은 흡수 또는 방출 스펙트럼에 유의한 변화를 가져오지 않을 수 있다. 그 결과, 도 3에 도시된 예에서는, 제1 이미지와 제2 이미지 모두에서 dATP가 나타나는 것을 확인할 수 있다. dGTP는 두 이미지 어느 것에도 나타나지 않을 수 있다. dTTP는 제1 이미지에서만 나타나는 것으로 확인될 수 있다. dCTP는 제2 이미지에서만 나타나는 것으로 확인될 수 있다.The first fluorescent label can have an emission spectrum that can be captured in a first image taken in the first optical channel. The second fluorescent label can have an emission spectrum that can be captured in a second image taken in a second optical channel separate from the first optical channel. The third fluorescent dye can have an emission spectrum that can be captured in both the first and second optical channels. In some embodiments, coupling a dye to a nucleotide may not result in significant changes to the absorption or emission spectra. As a result, in the example shown in FIG. 3, it can be confirmed that dATP appears in both the first image and the second image. dGTP may not appear in either image. dTTP can be confirmed to appear only in the first image. dCTP can be confirmed to appear only in the second image.
도 3에 도시된 예시적인 뉴클레오티드는 완전히 기능화된 뉴클레오티드일 수 있다. 뉴클레오티드 염기와 형광 분자 사이에 위치한 링커는 하나 이상의 절단기를 포함할 수 있다. 후속 시퀀싱 주기 전에 링커를 절단하여 뉴클레오티드 유사체에서 형광 표지를 제거할 수 있다. 예를 들어, 뉴클레오티드 유사체에 형광 표지를 부착하는 링커는 링커가 포스핀 시약에 의한 각 혼입 주기 후에 절단되어 형광 표지를 방출할 수 있도록, 예를 들어 동일한 탄소에 아지드 및/또는 알콕시 기를 포함할 수 있다. 뉴클레오티드 삼인산염은 3' 위치에서 가역적으로 차단될 수 있으므로 시퀀싱이 제어되며, 각 주기에서 각 확장 프라이머-폴리뉴클레오티드에 단일 뉴클레오티드 유사체만 추가할 수 있다. 예를 들어, 뉴클레오티드 유사체의 3' 리보스 위치에는 포스핀 시약으로 절단하여 제거할 수 있는 알콕시 및 아지도 기능기가 모두 포함되어 추가로 확장될 수 있는 뉴클레오티드를 생성할 수 있다. 후속 시퀀싱 주기 전에, 가역적인 3' 블록을 제거하여 또 다른 뉴클레오티드 유사체가 각 확장 프라이머-폴리뉴클레오티드에 추가될 수 있다.The exemplary nucleotides shown in Figure 3 may be fully functionalized nucleotides. The linker located between the nucleotide base and the fluorescent molecule may include one or more cleavage groups. The fluorescent label can be removed from the nucleotide analog by cleaving the linker before subsequent sequencing cycles. For example, a linker that attaches a fluorescent label to a nucleotide analog may contain azide and/or alkoxy groups, for example on the same carbon, such that the linker can be cleaved after each cycle of incorporation by the phosphine reagent to release the fluorescent label. You can. Nucleotide triphosphates can be reversibly blocked at the 3' position, so sequencing is controlled, and only a single nucleotide analog can be added to each extension primer-polynucleotide in each cycle. For example, the 3' ribose position of a nucleotide analog may contain both alkoxy and azido functional groups that can be removed by cleavage with a phosphine reagent to generate a nucleotide that can be further expanded. Before subsequent sequencing cycles, another nucleotide analog can be added to each extension primer-polynucleotide by removing the reversible 3' block.
도 4는 단일 여기, 3-표지, 2-광학 채널 시퀀싱 방법의 실시양태에서 사용될 수 있는 완전히 기능화된 뉴클레오티드 집합의 예시적인 방출 스펙트럼을 보여준다. 이 예에서, 완전히 기능화된 dTTP (ffT)는 450 nm 광원에 의해 여기될 때 약 500 nm에서 피크를 갖는 곡선으로 표시된 방출 스펙트럼을 갖는 제1 염료로 표지된다. 완전히 기능화된 dATP (ffA)는 450 nm 광원에 의해 여기될 때 약 575 nm에서 피크를 갖는 곡선으로 표시되는 방출 스펙트럼을 갖는 제2 염료로 표지된다.이 예에서는 dGTP가 어떤 형광 염료로도 표지되지 않는다. 완전히 기능화된 dCTP (ffC)는 450 nm 광원에 의해 여기될 때 약 535nm에서 넓은 피크를 갖는 곡선으로 표시된 상대적으로 넓은 방출 스펙트럼을 갖는 제3 염료로 표지된다. 일부 실시양태에서, 제3 염료의 방출 스펙트럼은 제1 염료 또는 제2 염료의 방출 스펙트럼에 비해 더 넓은 범위의 파장에 걸쳐 광자를 방출한다. 대안적인 실시양태에서, 더 넓은 방출 스펙트럼을 갖는 제3 염료는 2-여기, 2-광학 채널 시퀀싱 방법, 예를 들어 청색 범위의 빛을 생성하는 레이저 및 녹색의 빛을 생성하는 레이저가 모두 사용되어 염료를 여기시키는 방법에 사용될 수 있다.Figure 4 shows an exemplary emission spectrum of a set of fully functionalized nucleotides that can be used in embodiments of a single excitation, three-label, two-optical channel sequencing method. In this example, fully functionalized dTTP (ffT) is labeled with a first dye whose emission spectrum is plotted as a curve with a peak at approximately 500 nm when excited by a 450 nm light source. Fully functionalized dATP (ffA) is labeled with a second dye whose emission spectrum is displayed as a curve with a peak at approximately 575 nm when excited by a 450 nm light source. In this example, dGTP is not labeled with any fluorescent dye. No. Fully functionalized dCTP (ffC) is labeled with a third dye with a relatively broad emission spectrum shown as a curve with a broad peak at approximately 535 nm when excited by a 450 nm light source. In some embodiments, the emission spectrum of the third dye emits photons over a wider range of wavelengths compared to the emission spectrum of the first or second dye. In an alternative embodiment, a third dye with a broader emission spectrum is used in a two-excitation, two-optical channel sequencing method, e.g., a laser producing light in the blue range and a laser producing light in the green range are both used. It can be used in a method to excite dyes.
도 4에서, 제1 광학 채널은 약 450 nm 내지 약 530 nm에 이르는 창으로 표시된다. 제2 광학 채널은 약 545 nm에서 약 650 nm에 이르는 창으로 표시된다. 따라서 450 nm 광원에 의해 여기될 때 ffT 방출은 제1 광학 채널에서 피크 신호 (예를 들어, 전력)를 발생시키고 제2 광학 채널에서는 작거나 무시할 수 있는 신호만 발생시킨다. ffA 방출은 제2 광학 채널에서 피크 신호를 발생시키고 제1 광학 채널에서는 작거나 무시할 수 있는 신호만 발생시킨다.제3 염료의 방출 스펙트럼은 제1 염료 또는 제2 염료의 방출 스펙트럼에 비해 더 넓은 범위의 방출 파장을 갖기 때문에 ffC 방출은 제1 광학 채널과 제2 광학 채널에 해당하는 두 창 모두에서 상대적으로 큰 신호를 발생시킨다. dGTP는 어떤 형광 표지에도 접합되지 않기 때문에 형광을 발하지 않으며 제1광학 채널이나 제2 광학 채널에서 검출되지 않는다. 일부 실시양태에서, ffC 상의 제3 염료는 다른 두 염료보다 더 밝도록 선택된다. 결과적으로, 제1 광학 채널의 ffC 신호 크기는 제1 광학 채널의 ffT 신호 크기와 비슷할 것이며, 제2 광학 채널의 ffC 신호 크기는 제2 광학 채널의 ffA 신호의 크기와 비슷할 것이다.In Figure 4, the first optical channel is represented by a window spanning from about 450 nm to about 530 nm. The second optical channel is represented by a window spanning from about 545 nm to about 650 nm. Therefore, when excited by a 450 nm light source, ffT emission generates a peak signal (e.g., power) in the first optical channel and only a small or negligible signal in the second optical channel. The ffA emission produces a peak signal in the second optical channel and only a small or negligible signal in the first optical channel. The emission spectrum of the third dye has a wider range compared to the emission spectrum of the first or second dye. Because it has an emission wavelength of , ffC emission generates relatively large signals in both windows corresponding to the first and second optical channels. Because dGTP is not conjugated to any fluorescent label, it does not fluoresce and is not detected in the first or second optical channel. In some embodiments, the third dye on ffC is selected to be brighter than the other two dyes. As a result, the ffC signal size of the first optical channel will be similar to the ffT signal size of the first optical channel, and the ffC signal size of the second optical channel will be similar to the ffA signal size of the second optical channel.
일부 실시양태에서, 세 가지 형광 염료 중 하나는 일반 스톡스 이동 염료일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 일반 스톡스 이동 염료는 55 내지 95 nm 사이의 스톡스 이동을 갖거나 약 55, 60, 70, 80, 90, 95 nm 또는 그 사이의 임의의 값의 스톡스 이동을 포함하는 염료를 지칭한다. 세 가지 형광 염료 중 하나는 짧은 스톡스 이동 염료일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 짧은 스톡스 이동 염료는 약 5, 10, 20, 30, 40, 50 nm 또는 그 사이의 임의의 값의 스톡스 이동을 갖는 염료를 지칭한다. 세 가지 형광 염료 중 하나는 긴 스톡스 이동 염료일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 긴 스톡스 이동 염료는 약 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200 nm 또는 그 사이의 임의의 값의 스톡스 이동을 갖는 염료를 지칭한다.In some embodiments, one of the three fluorescent dyes may be a regular Stokes shift dye. As used herein, a general Stokes shift dye is a dye having a Stokes shift between 55 and 95 nm or comprising a Stokes shift of about 55, 60, 70, 80, 90, 95 nm or any value in between. refers to One of the three fluorescent dyes may be a short Stokes shift dye. As used herein, short Stokes shift dye refers to a dye that has a Stokes shift of about 5, 10, 20, 30, 40, 50 nm, or any value in between. One of the three fluorescent dyes may be a long Stokes shift dye. As used herein, long Stokes shift dye refers to a dye with a Stokes shift of about 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200 nm or any value in between. do.
도 5는 도 4에 도시된 예에 따라 표지된 완전히 기능화된 뉴클레오티드의 단일 여기, 2-광학 채널 검출의 예를 개략적으로 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, "청색" 레이저와 같은 단일 광원은 450 nm와 같은 미리 결정된 파장에서 세 개의 형광 표지를 여기시킬 수 있다. 다양한 실시양태에서, 단일 광원의 출력 광학 주파수는 조정 가능하거나 조정 가능하지 않을 수 있다. 형광 표지의 검출에는 두 개의 별개의 광학 채널에서 형광 방출을 포착하는 것이 포함될 수 있다. 예를 들어, ffT 및 ffC는 약 460 nm에서 약 530 nm에 이르는 창으로 표시되는 "청색" 채널에서 촬영된 제1 이미지에서 캡처된다. ffA 및 ffC는 약 550 nm에서 약 650 nm에 이르는 창으로 표시되는 "녹색" 채널에서 촬영된 제2 이미지에서 캡처된다. 일부 실시양태에서, 형광 이미지는 나중에 오프라인으로 처리하기 위해 저장될 수 있다. 일부 실시양태에서, 형광 이미지는 각 클러스터에서 성장하는 프라이머-폴리뉴클레오티드의 서열을 결정하기 위해 실시간으로 처리될 수 있다.Figure 5 schematically shows an example of single excitation, two-optical channel detection of fully functionalized nucleotides labeled according to the example shown in Figure 4. As shown in Figure 5, a single light source, such as a “blue” laser, can excite three fluorescent labels at a predetermined wavelength, such as 450 nm. In various embodiments, the output optical frequency of a single light source may or may not be tunable. Detection of a fluorescent label may involve capturing the fluorescence emission in two separate optical channels. For example, ffT and ffC are captured in a first image taken in the “blue” channel, represented by a window spanning from about 460 nm to about 530 nm. ffA and ffC are captured in a second image taken in the “green” channel, represented by a window spanning from about 550 nm to about 650 nm. In some embodiments, fluorescence images can be stored for later processing offline. In some embodiments, fluorescence images can be processed in real time to determine the sequence of primer-polynucleotides growing in each cluster.
일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 기판에 결합된 핵산 서열에서 뉴클레오티드를 식별하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 개시된 시스템은: 제1 파장 범위의 빛을 검출하도록 구성된 제1 검출기; 제2 파장 범위의 빛을 검출하도록 구성된 제2 검출기; 광학 주파수의 빛을 출력하는 레이저 또는 발광 다이오드를 포함하는 광원; 및 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 기판 상의 핵산 서열로부터의 방출을 자극하기 위해 광학 주파수에서 빛을 생성하고; 방출이 제1 검출기, 제2 검출기, 제1 및 제2 검출기 모두에 수신되는지, 제1 검출기 및 제2 검출기 어느 것에도 수신되지 않는지에 기초하여 핵산 서열 내의 뉴클레오티드를 식별한다. 일부 실시양태에서, 제1 파장 범위와 제2 파장 범위는 중첩되지 않는다.In some embodiments, the disclosed systems can be used to identify nucleotides in a nucleic acid sequence bound to a substrate. In some embodiments, the disclosed system includes: a first detector configured to detect light in a first wavelength range; a second detector configured to detect light in a second wavelength range; A light source including a laser or light-emitting diode that outputs light at an optical frequency; and a processor. The processor generates light at optical frequencies to stimulate emission from nucleic acid sequences on the substrate; Nucleotides within a nucleic acid sequence are identified based on whether the emission is received by the first detector, the second detector, both the first and second detectors, or neither the first nor the second detector. In some embodiments, the first wavelength range and the second wavelength range do not overlap.
일부 실시양태에서, 광학 주파수는 미리 정의된 광 파장 범위의 파장에 대응하며, 여기서 미리 정의된 범위는 제1 범위 및 제2 범위의 모든 파장보다 짧은 적어도 하나의 파장을 포함한다. 일부 실시양태에서, 미리 정의된 범위는 405 nm 내지 460 nm를 포함한다. 일부 실시양태에서, 광학 주파수는 미리 정의된 파장 범위의 빛의 파장에 대응하며, 여기서 미리 정의된 범위는 제1 범위 또는 제2 범위의 일부 파장보다 긴 적어도 하나의 파장을 포함한다.In some embodiments, the optical frequency corresponds to a wavelength of a predefined range of optical wavelengths, where the predefined range includes at least one wavelength that is shorter than all wavelengths in the first range and the second range. In some embodiments, the predefined range includes 405 nm to 460 nm. In some embodiments, the optical frequency corresponds to a wavelength of light in a predefined range of wavelengths, where the predefined range includes at least one wavelength that is longer than some wavelength in the first range or the second range.
일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 제1 형광 표지에 커플링된 제1 뉴클레오티드; 제2 형광 표지에 커플링된 제2 뉴클레오티드; 제3 형광 표지에 커플링된 제3 뉴클레오티드; 및 형광 표지에 커플링되지 않은 제4 뉴클레오티드를 추가로 포함할 수 있다. 광원은 제1 형광 표지를 여기시켜 제1 검출기에 의해 검출될 수 있는 빛을 방출하고; 제2 형광 표지를 여기시켜 제2 검출기에 의해 검출될 수 있는 빛을 방출하고; 제3 형광 표지를 여기시켜 제1 검출기와 제2 검출기 모두에 의해 검출될 수 있는 빛을 방출한다. 일부 실시양태에서, 광원은 2-광자 흡수 과정에 의해 형광 표지를 여기시키도록 구성된다.In some embodiments, the disclosed systems include a first nucleotide coupled to a first fluorescent label; a second nucleotide coupled to a second fluorescent label; a third nucleotide coupled to a third fluorescent label; And it may further include a fourth nucleotide that is not coupled to the fluorescent label. The light source excites the first fluorescent label to emit light that can be detected by the first detector; exciting the second fluorescent label to emit light that can be detected by a second detector; Exciting the third fluorescent label emits light that can be detected by both the first and second detectors. In some embodiments, the light source is configured to excite the fluorescent label by a two-photon absorption process.
일부 실시양태에서, 프로세서는 제1 검출기 및 제2 검출기에 의해 수신된 방출 신호 강도에 기초하여 핵산 서열 내의 뉴클레오티드를 식별하도록 구성될 수 있다. 제1 형광 표지는 제2 검출기에 의해 수신된 신호 강도와 비교하여 제1 검출기에 의해 수신된 신호 강도가 더 큰 것으로 식별될 수 있다. 제2 형광 표지는 제1 검출기에 의해 수신된 신호 강도와 비교하여 제2 검출기에 의해 수신된 신호 강도가 더 큰 것으로 식별될 수 있다. 제3 형광 표지는 제2 검출기에 의해 수신된 신호 강도와 비교하여 제1 검출기에 의해 수신된 비슷한 크기의 신호 강도를 갖는 것으로 식별될 수 있다. 제4 형광 표지는 제1 검출기와 제2 검출기에 의해 수신된 낮은 신호 강도 (예를 들어, 배경 수준에 실질적으로 가까운)를 갖는 것으로 식별될 수 있다.In some embodiments, the processor can be configured to identify nucleotides within a nucleic acid sequence based on emission signal intensities received by the first detector and the second detector. The first fluorescent label can be identified as having a greater signal intensity received by the first detector compared to the signal intensity received by the second detector. The second fluorescent label can be identified by having a greater signal intensity received by the second detector compared to the signal intensity received by the first detector. The third fluorescent label can be identified as having a similar magnitude of signal intensity received by the first detector compared to the signal intensity received by the second detector. The fourth fluorescent label can be identified as having a low signal intensity (e.g., substantially close to background level) received by the first and second detectors.
일부 실시양태에서, 제3 형광 표지의 방출 스펙트럼은 제1 형광 표지 또는 제2 형광 표지의 방출 스펙트럼과 비교하여 더 넓은 범위의 방출 파장을 갖는다. 일부 실시양태에서, 제3 형광 표지는 제1 또는 제2 형광 표지보다 더 큰 방출 강도 (더 밝음)를 갖도록 선택된다.In some embodiments, the emission spectrum of the third fluorescent label has a wider range of emission wavelengths compared to the emission spectrum of the first or second fluorescent label. In some embodiments, the third fluorescent label is selected to have a greater emission intensity (brighter) than the first or second fluorescent label.
일부 실시양태에서, 제1 형광 표지는 20 nm 내지 50 nm 사이의 스톡스 이동을 갖고, 제2 형광 표지는 100 nm 내지 130 nm 사이의 스톡스 이동을 가지며, 제3 형광 표지는 60 nm 내지 90 nm 사이의 스톡스 이동을 갖는다. 일부 실시양태에서, 제1 형광 표지는 제2 검출기에 의해 검출될 수 없고, 여기서 제2 형광 표지는 제1 검출기에 의해 검출될 수 없다. 일부 실시양태에서, 제1 형광 표지는 제2 검출기에 의해서도 검출될 수 있거나, 제2 형광 표지는 제1 검출기에 의해서도 검출될 수 있다.In some embodiments, the first fluorescent label has a Stokes shift between 20 nm and 50 nm, the second fluorescent label has a Stokes shift between 100 nm and 130 nm, and the third fluorescent label has a Stokes shift between 60 nm and 90 nm. has a Stokes shift of . In some embodiments, the first fluorescent label cannot be detected by the second detector, wherein the second fluorescent label cannot be detected by the first detector. In some embodiments, the first fluorescent label can also be detected by the second detector, or the second fluorescent label can also be detected by the first detector.
일부 실시양태에서, 형광 표지는 폴리메틴 유도체, 쿠마린 유도체, 벤조피란 유도체, 크로메노퀴놀린 유도체, BOPPY 및 BOPYPY와 같은 비스-붕소 헤테로사이클을 함유하는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 형광 표지는 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된다:In some embodiments, the fluorescent label is selected from the group consisting of polymethine derivatives, coumarin derivatives, benzopyran derivatives, chromenoquinoline derivatives, and compounds containing a bis-boron heterocycle, such as BOPPY and BOPYPY. In some embodiments, the fluorescent label is selected from the group consisting of:
, 및 . , and .
일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 형광 표지와 커플링되지 않은 추가의 제1 뉴클레오티드를 추가로 포함할 수 있다. 형광 표지와 커플링되지 않은 추가의 제1 뉴클레오티드의 집단 또는 농도는 제1 뉴클레오티드의 전체 집단 또는 농도의 약 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 대체 형광 표지에 커플링된 추가의 제1 뉴클레오티드를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 대체 형광 표지는 광원에 의해 여기되어 제1 검출기에 의해 검출 가능한 빛을 방출할 수 없다. 대체 형광 표지에 커플링된 추가의 제1 뉴클레오티드의 집단 또는 농도는 제1 뉴클레오티드의 전체 집단 또는 농도의 약 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, 대체 형광 표지와 제1 형광 표지는 서로 다른 형광 방출 스펙트럼을 갖는다. 일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 대체 형광 표지에 커플링된 추가의 제1 뉴클레오티드를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 대체 형광 표지는 광원에 의해 여기되어 제1 검출기에 의해 검출 가능한 빛을 방출할 수 있고, 여기서 대체 형광 표지는 제1 형광 표지에 비해 더 어두운 빛을 방출한다. 대체 형광 표지에 커플링된 추가의 제1 뉴클레오티드의 집단 또는 농도는 제1 뉴클레오티드의 전체 집단 또는 농도의 약 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, 대체 형광 표지와 제1 형광 표지는 서로 다른 형광 방출 스펙트럼을 갖는다.In some embodiments, the disclosed systems may further include an additional first nucleotide that is not coupled to a fluorescent label. The population or concentration of additional first nucleotides not coupled to the fluorescent label is about 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% or It can be any value in between. In some embodiments, the disclosed systems can further comprise an additional first nucleotide coupled to an alternative fluorescent label, wherein the alternative fluorescent label can be excited by a light source to emit light detectable by the first detector. does not exist. The population or concentration of additional first nucleotides coupled to the alternative fluorescent label may be about 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% or It can be any value in between. In some embodiments, the replacement fluorescent label and the first fluorescent label have different fluorescence emission spectra. In some embodiments, the disclosed systems can further comprise an additional first nucleotide coupled to an alternative fluorescent label, wherein the alternative fluorescent label can be excited by a light source to emit light detectable by the first detector. and wherein the alternative fluorescent label emits a dimmer light compared to the first fluorescent label. The population or concentration of additional first nucleotides coupled to the alternative fluorescent label may be about 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% or It can be any value in between. In some embodiments, the replacement fluorescent label and the first fluorescent label have different fluorescence emission spectra.
일부 실시양태에서, 대체 형광 표지는 "녹색" 레이저, 예를 들어 약 490 nm 내지 550 nm 사이, 예를 들어 약 532 nm의 파장을 갖는 광원에 의해 여기될 수 있는 형광 염료일 수 있다. 대체 형광 표지의 비제한적인 예는 미국 특허 번호 10,982,261에 개시되어 있으며, 이는 그 전체가 참고로 포함된다. 한 예에서, 대체 형광 표지는 다음과 같은 구조를 갖는다: . 다른 대체 형광 표지에는 "적색" 레이저, 예를 들어 약 630 nm 내지 약 700 nm, 예를 들어 약 660 nm의 파장을 갖는 광원에 의해 여기될 수 있는 것이 포함된다.In some embodiments, the alternative fluorescent label may be a fluorescent dye that can be excited by a “green” laser, for example a light source with a wavelength between about 490 nm and 550 nm, for example about 532 nm. Non-limiting examples of alternative fluorescent labels are disclosed in U.S. Pat. No. 10,982,261, which is incorporated by reference in its entirety. In one example, the alternative fluorescent label has the following structure: . Other alternative fluorescent labels include those that can be excited by a “red” laser, for example a light source with a wavelength of about 630 nm to about 700 nm, for example about 660 nm.
일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 형광 표지와 커플링되지 않은 추가의 제2 뉴클레오티드를 추가로 포함할 수 있다. 형광 표지와 커플링되지 않은 추가의 제2 뉴클레오티드의 집단 또는 농도는 제2 뉴클레오티드의 전체 집단 또는 농도의 약 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 대체 형광 표지에 커플링된 추가의 제2 뉴클레오티드를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 대체 형광 표지는 광원에 의해 여기되어 제2 검출기에 의해 검출 가능한 빛을 방출할 수 없다. 대체 형광 표지에 커플링된 추가의 제2 뉴클레오티드의 집단 또는 농도는 제2 뉴클레오티드의 전체 집단 또는 농도의 약 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, 대체 형광 표지와 제2 형광 표지는 서로 다른 형광 방출 스펙트럼을 갖는다. 일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 대체 형광 표지에 커플링된 추가의 제2 뉴클레오티드를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 대체 형광 표지는 광원에 의해 여기되어 제2 검출기에 의해 검출 가능한 빛을 방출할 수 있고, 대체 형광 표지는 제2 형광 표지에 비해 더 어두운 빛을 방출한다. 대체 형광 표지에 커플링된 추가의 제2 뉴클레오티드의 집단 또는 농도는 제2 뉴클레오티드의 전체 집단 또는 농도의 약 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, 대체 형광 표지와 제2 형광 표지는 서로 다른 형광 방출 스펙트럼을 갖는다.In some embodiments, the disclosed systems may further include an additional second nucleotide that is not coupled to a fluorescent label. The population or concentration of additional second nucleotides that are not coupled to the fluorescent label may be about 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% or It can be any value in between. In some embodiments, the disclosed systems can further comprise an additional second nucleotide coupled to an alternative fluorescent label, wherein the alternative fluorescent label can be excited by a light source to emit light detectable by a second detector. does not exist. The population or concentration of the additional second nucleotides coupled to the alternative fluorescent label may be about 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% or It can be any value in between. In some embodiments, the replacement fluorescent label and the second fluorescent label have different fluorescence emission spectra. In some embodiments, the disclosed systems can further comprise an additional second nucleotide coupled to an alternative fluorescent label, wherein the alternative fluorescent label can be excited by a light source to emit light detectable by a second detector. and the alternative fluorescent label emits darker light compared to the second fluorescent label. The population or concentration of the additional second nucleotides coupled to the alternative fluorescent label may be about 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% or It can be any value in between. In some embodiments, the replacement fluorescent label and the second fluorescent label have different fluorescence emission spectra.
일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 형광 표지와 커플링되지 않은 추가의 제3 뉴클레오티드를 추가로 포함할 수 있다. 형광 표지와 커플링되지 않은 추가의 제3 뉴클레오티드의 집단 또는 농도는 제3 뉴클레오티드의 전체 집단 또는 농도의 약 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 대체 형광 표지에 커플링된 추가의 제3 뉴클레오티드를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 대체 형광 표지는 광원에 의해 여기되어 제1 또는 제2 검출기에 의해 검출 가능한 빛을 방출할 수 없다. 대체 형광 표지에 커플링된 추가의 제3 뉴클레오티드의 집단 또는 농도는 제3 뉴클레오티드의 전체 집단 또는 농도의 약 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, 대체 형광 표지와 제3 형광 표지는 서로 다른 형광 방출 스펙트럼을 갖는다. 일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 대체 형광 표지에 커플링된 추가의 제3 뉴클레오티드를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 대체 형광 표지는 광원에 의해 여기되어 제1 및 제2 검출기에 의해 검출 가능한 빛을 방출할 수 있고, 여기서 대체 형광 표지는 형광 표지는 제3 형광 표지에 비해 더 어두운 빛을 방출한다. 대체 형광 표지에 커플링된 추가의 제3 뉴클레오티드의 집단 또는 농도는 제3 뉴클레오티드의 전체 집단 또는 농도의 약 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, 대체 형광 표지와 제3 형광 표지는 서로 다른 형광 방출 스펙트럼을 갖는다.In some embodiments, the disclosed systems may further include an additional third nucleotide that is not coupled to a fluorescent label. The population or concentration of additional third nucleotides that are not coupled to the fluorescent label may be about 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% of the total population or concentration of third nucleotides. It can be any value in between. In some embodiments, the disclosed systems may further comprise an additional third nucleotide coupled to an alternative fluorescent label, wherein the alternative fluorescent label is excited by a light source to emit light detectable by the first or second detector. cannot be released The population or concentration of additional third nucleotides coupled to the alternative fluorescent label may be about 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% or It can be any value in between. In some embodiments, the alternative fluorescent label and the third fluorescent label have different fluorescence emission spectra. In some embodiments, the disclosed systems may further comprise an additional third nucleotide coupled to an alternative fluorescent label, wherein the alternative fluorescent label is excited by a light source to emit light detectable by the first and second detectors. and wherein the alternative fluorescent label emits a dimmer light compared to the third fluorescent label. The population or concentration of additional third nucleotides coupled to the alternative fluorescent label may be about 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% or It can be any value in between. In some embodiments, the alternative fluorescent label and the third fluorescent label have different fluorescence emission spectra.
일부 실시양태에서, 검출기는 상보성 금속-산화물-반도체 이미지 센서, 전하 커플링된 소자 이미지 센서, 광전자 증배관, 포토다이오드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 하나 이상의 광학 필터 재료, 하나 이상의 회절 격자, 하나 이상의 광 분산 요소, 또는 이들의 임의의 조합을 더 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 개시된 시스템은 뉴클레오티드를 혼입함으로써 핵산 서열의 일부를 복제하거나 전사하도록 구성된 중합효소를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 기판은 복수의 화학적으로 기능화된 영역, 복수의 공동, 복수의 광 공진기, 복수의 광 도파관, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 형광 표지는 절단가능한 링커를 통해 뉴클레오티드에 부착된다. 일부 추가 실시양태에서, 표지된 뉴클레오티드는 선택적으로, 절단 가능한 링커 모이어티를 통해 피리미딘 염기의 C5 위치 또는 7-데아자 퓨린 염기의 C7 위치에 부착된 형광 표지를 가질 수 있다. 예를 들어, 핵염기는 7-데아자 아데닌일 수 있고 염료는 선택적으로, 절단 가능한 링커를 통해 C7 위치에서 7-데아자 아데닌에 부착된다. 핵염기는 7-데아자 구아닌일 수 있고 염료는 선택적으로, 절단 가능한 링커를 통해 C7 위치에서 7-데아자 구아닌에 부착된다. 핵염기는 시토신일 수 있고 염료는 선택적으로, 절단 가능한 링커를 통해 C5 위치에서 시토신에 부착된다. 또 다른 예로서, 핵염기는 티민 또는 우라실일 수 있고 염료는 선택적으로, 절단 가능한 링커를 통해 C5 위치에서 티민 또는 우라실에 부착된다. 일부 추가 실시양태에서, 3' 하이드록시 차단기 및 절단 가능한 링커가 동일한 반응 조건 하에서 또는 단일 화학 물질로 제거될 수 있도록, 절단 가능한 링커는 가역적 종결자 3' 하이드록시 차단기와 유사하거나 동일한 화학적 모이어티를 포함할 수 있다. 절단 가능한 링커의 비제한적인 예로는 LN3 링커, sPA 링커, 및 AOL 링커가 포함되고, 각각은 아래에 예시되어 있다.In some embodiments, the detector may include a complementary metal-oxide-semiconductor image sensor, a charge coupled device image sensor, a photomultiplier tube, a photodiode, or any combination thereof. In some embodiments, the disclosed systems may further include one or more optical filter materials, one or more diffraction gratings, one or more light dispersing elements, or any combination thereof. In some embodiments, the disclosed systems may further comprise a polymerase configured to replicate or transcribe a portion of a nucleic acid sequence by incorporating nucleotides. In some embodiments, the substrate includes a plurality of chemically functionalized regions, a plurality of cavities, a plurality of optical resonators, a plurality of optical waveguides, or any combination thereof. In some embodiments, the fluorescent label is attached to the nucleotide via a cleavable linker. In some further embodiments, the labeled nucleotide may optionally have a fluorescent label attached to the C5 position of a pyrimidine base or the C7 position of a 7-deaza purine base via a cleavable linker moiety. For example, the nucleobase may be 7-deaza adenine and the dye is optionally attached to 7-deaza adenine at the C7 position via a cleavable linker. The nucleobase may be 7-deaza guanine and the dye is optionally attached to 7-deaza guanine at the C7 position via a cleavable linker. The nucleobase may be cytosine and the dye is optionally attached to cytosine at the C5 position via a cleavable linker. As another example, the nucleobase can be thymine or uracil and the dye is optionally attached to thymine or uracil at the C5 position via a cleavable linker. In some further embodiments, the cleavable linker has a similar or identical chemical moiety as the reversible terminator 3' hydroxy blocker such that the 3' hydroxy blocker and the cleavable linker can be removed under the same reaction conditions or with a single chemical entity. It can be included. Non-limiting examples of cleavable linkers include the LN3 linker, sPA linker, and AOL linker, each of which is illustrated below.
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일부 실시양태에서, 뉴클레오티드는 dGTP 유사체, dTTP 유사체, dUTP 유사체, dCTP 유사체 및 dATP 유사체로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 제1 뉴클레오티드는 제1 가역적으로 차단된 뉴클레오티드 삼인산염 (rbNTP)이고, 제2 뉴클레오티드는 제2 rbNTP이고, 제3 뉴클레오티드는 제3 rbNTP이고, 제4 뉴클레오티드는 제4 rbNTP이고, 여기서 제1 뉴클레오티드, 제2 뉴클레오티드, 제3 뉴클레오티드, 및 제4 뉴클레오티드는 각각 서로 다른 유형의 뉴클레오티드이다. 일부 실시양태에서, 4개의 rbNTP는 rbATP, rbTTP, rbUTP, rbCTP 및 rbGTP로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 4개의 rbNTP 각각은 변형된 염기 및 가역적 종결자 3' 차단기를 포함한다. 3' 차단기의 비제한적인 예에는 아지도메틸 (*-CH2N3), 치환된 아지도메틸 (예를 들어, *-CH(CHF2)N3 또는 *-CH(CH2F)N3) 및 *-CH2-O-CH2-CH=CH2가 포함되고, 여기서 별표 *는 뉴클레오티드의 리보스 또는 데옥시리보스 고리의 3' 산소에 대한 점 부착을 나타낸다.In some embodiments, the nucleotide is selected from the group consisting of dGTP analogs, dTTP analogs, dUTP analogs, dCTP analogs, and dATP analogs. In some embodiments, the first nucleotide is a first reversibly blocked nucleotide triphosphate (rbNTP), the second nucleotide is a second rbNTP, the third nucleotide is a third rbNTP, and the fourth nucleotide is a fourth rbNTP, Here, the first nucleotide, second nucleotide, third nucleotide, and fourth nucleotide are each different types of nucleotides. In some embodiments, the four rbNTPs are selected from the group consisting of rbATP, rbTTP, rbUTP, rbCTP, and rbGTP. In some embodiments, each of the four rbNTPs includes a modified base and a reversible terminator 3' blocker. Non-limiting examples of 3' blocking groups include azidomethyl (*-CH 2 N 3 ), substituted azidomethyl (e.g., *-CH(CHF 2 )N 3 or *-CH(CH 2 F)N 3 ) and *-CH 2 -O-CH2-CH=CH 2 , where the asterisk * indicates a point attachment to the 3' oxygen of the ribose or deoxyribose ring of the nucleotide.
일부 실시양태에서, 개시된 단일 여기, 3-표지, 2-광학 채널 시퀀싱 방법은 Illumina NextSeq 500®, NextSeq 550®, NextSeq 1000®, NextSeq 2000®, 모든 NovaSeq®, 또는 MiniSeq® 시스템에서 구현될 수 있다.In some embodiments, the disclosed single excitation, three-label, two-optical channel sequencing method can be implemented on an
일부 실시양태에서, dTTP는 에 커플링되고, ffT는 약 450 nm 내지 약 460 nm의 빛에 의해 여기될 때 약 499 nm에서 최대 방출을 갖는다. In some embodiments, dTTP is coupled to , ffT has an emission maximum at about 499 nm when excited by light from about 450 nm to about 460 nm.
일부 실시양태에서, dTTP는 에 커플링되고, ffT는 약 450 nm 내지 약 460 nm의 빛에 의해 여기될 때 약 490 nm에서 최대 방출을 갖는다.In some embodiments, dTTP is coupled to, ffT has an emission maximum at about 490 nm when excited by light from about 450 nm to about 460 nm.
일부 실시양태에서, dCTP는 에 커플링되고, ffC는 약 450 nm 내지 약 460 nm의 빛에 의해 여기될 때 약 540 nm에서 최대 방출을 갖는다.In some embodiments, dCTP is coupled to , ffC has an emission maximum at about 540 nm when excited by light from about 450 nm to about 460 nm.
일부 실시양태에서, dATP는 에 커플링되고, ffA는 약 450 nm 내지 약 460 nm의 빛에 의해 여기될 때 약 580 nm에서 최대 방출을 갖는다.In some embodiments, dATP is coupled to , ffA has an emission maximum at about 580 nm when excited by light from about 450 nm to about 460 nm.
염료 및 완전히 기능화된 뉴클레오티드에 대한 추가 세부사항은 미국 특허 출원 공개 번호 2018/0094140 및 2020/0277670, 국제 특허 출원 공개 번호 2017/051201, 및 미국 가특허 출원 번호 63/057758 및 63/127061에서 확인할 수 있고, 그 개시내용은 그 전체가 참고로 본원에 포함된다.Additional details about dyes and fully functionalized nucleotides can be found in U.S. Patent Application Publication Nos. 2018/0094140 and 2020/0277670, International Patent Application Publication No. 2017/051201, and U.S. Provisional Patent Application Nos. 63/057758 and 63/127061. and the disclosure is incorporated herein by reference in its entirety.
실시예Example
실험 1Experiment 1
도 6, 도 7a, 및 도 7b는 도 4 및 도 5에 예시된 예와 일치하는 개시된 기술에 따라 수행된 시퀀싱 실험의 결과를 보여준다. Illumina MiSeq 시스템에서 약 150회의 시퀀싱 주기 동안 시퀀싱 실행이 수행되었다. 여기 광원으로 450 nm LED가 사용되었으며, 촬영된 각 이미지에 대한 노출 시간은 약 1000 ms였다. 본 실험에서는 dTTP가 에 커플링되었고 ffT는 약 499 nm에서 최대 방출을 가지며, 염료가 없는 추가 집단의 dTTP를 사용했다. dCTP는 에 커플링되었고, ffC는 약 540 nm에서 최대 방출을 가졌다. dATP는 에 결합되었고, ffA는 약 580 nm에서 최대 방출을 가졌다. 도 6은 약 150번의 시퀀싱 주기에 걸쳐 샘플 플로우셀의 이미지로부터 추출된 DNA 클러스터 신호의 산점도를 나타낸다. 가로 축은 제1 "청색" 광학 채널에서 촬영한 이미지에서 추출한 신호 강도를 나타내고, 세로 축은 제2 "녹색" 광학 채널에서 촬영한 이미지에서 추출한 신호 강도를 나타낸다. 제1 "청색" 광학 채널에서 큰 신호를 생성하고 제2 "녹색" 광학 채널에서 작은 신호만을 생성한 클러스터는, ffT가 제1 염료로 표지되었기 때문에 T 염기를 갖는 것으로 식별되었다. 제2 "녹색" 광학 채널에서 큰 신호를 생성하고 제1 "청색" 광학 채널에서 작은 신호만 생성한 클러스터는, ffA가 제2 염료로 표지되었기 때문에 A 염기로 식별되었다. 제1 광학 채널과 제2 광학 채널 모두에서 충분히 큰 신호를 생성한 클러스터는, ffC가 제3 염료로 표지되었기 때문에 C 염기로 식별될 수 있다. 제1 광학 채널 또는 제2 광학 채널에서 최소 신호를 생성한 클러스터는, dGTP가 어떤 염료로도 표지되지 않았기 때문에 G 염기를 갖는 것으로 식별될 수 있다.Figures 6, 7A, and 7B show the results of sequencing experiments performed according to the disclosed techniques consistent with the examples illustrated in Figures 4 and 5. Sequencing runs were performed on an Illumina MiSeq system for approximately 150 sequencing cycles. A 450 nm LED was used as the excitation light source, and the exposure time for each captured image was approximately 1000 ms. In this experiment, dTTP was was coupled to and ffT has an emission maximum at approximately 499 nm, and an additional population of dTTP without dye was used. dCTP is was coupled to, and ffC had an emission maximum at approximately 540 nm. dATP is was bound to, and ffA had an emission maximum at approximately 580 nm. Figure 6 shows a scatter plot of DNA cluster signals extracted from images of a sample flowcell over approximately 150 sequencing cycles. The horizontal axis represents the signal intensity extracted from images taken in the first “blue” optical channel, and the vertical axis represents the signal intensity extracted from images taken in the second “green” optical channel. Clusters that produced a large signal in the first “blue” optical channel and only a small signal in the second “green” optical channel were identified as having a T base because ffT was labeled with the first dye. Clusters that produced a large signal in the second “green” optical channel and only a small signal in the first “blue” optical channel were identified as A bases because ffA was labeled with a second dye. Clusters that produced sufficiently large signals in both the first and second optical channels could be identified as C bases because ffC was labeled with a third dye. Clusters that produced minimal signal in either the first or second optical channel can be identified as having G bases because the dGTP is not labeled with any dye.
도 6에 도시된 바와 같은 클러스터 군은 쉽게 분리 가능하므로 이 단일 광원, 3개 염료 시퀀싱 과정을 사용하여 염기 호출을 안정적으로 달성할 수 있다. 도 6에 나타낸 동일한 실험 데이터를 기반으로 하여, 도 7a는 시퀀싱 주기의 진행에 따른 T 염기로 식별된 클러스터 및 C 염기로 식별된 클러스터에 대한 DNA 클러스터 신호 강도 (샘플 플로우셀에서 동일한 염기를 갖는 것으로 식별된 클러스터에 대한 평균)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, DNA 클러스터 신호 강도는 시퀀싱 주기 수가 증가함에 따라 감소했지만, 신호 강도는 약 150번의 시퀀싱 주기 후에도 여전히 충분히 높았다. 도 7b는 시퀀싱 주기의 진행에 따른 염기 호출 오류율 (%)을 보여준다. 도시된 바와 같이, 시퀀싱 주기 수가 증가함에 따라 오류율은 증가했지만, 약 150번의 시퀀싱 주기 후에는 오류율이 충분히 낮은 (2.2% 미만) 상태로 유지되었다.Cluster groups as shown in Figure 6 are easily separable, so base calling can be reliably achieved using this single-light source, three-dye sequencing process. Based on the same experimental data shown in Figure 6, Figure 7A shows the DNA cluster signal intensities for clusters identified by T bases and clusters identified by C bases (as shown in the sample flowcell) over the course of the sequencing cycle. represents the average for the identified clusters). As shown, DNA cluster signal intensity decreased with increasing number of sequencing cycles, but signal intensity was still sufficiently high after approximately 150 sequencing cycles. Figure 7b shows the base call error rate (%) as the sequencing cycle progresses. As shown, the error rate increased as the number of sequencing cycles increased, but the error rate remained sufficiently low (less than 2.2%) after approximately 150 sequencing cycles.
실험 2Experiment 2
도 8은 도 6과 관련하여 설명된 것과 유사하지만, 추가 시퀀싱 실험 결과를 기반으로 한 산점도를 나타낸다. 추가 시퀀싱 실험에서는 도 6과 관련하여 설명한 것과 유사한 조건을 사용했지만, dTTP를 표지하는 데 사용된 염료는 였고, ffT는 약 490 nm에서 최대 방출을 갖고, 염료가 없는 dTTP의 추가 집단도 사용되었다. 제1 염료를 갖는 dTTP 대 염료를 갖지 않는 dTTP의 상대적인 양은 약 1:3이었다. 도 8에 도시된 바와 같이, dTTP의 두 집단을 사용하면 산점도에서 클러스터 군의 모양을 조정할 수 있으며 후속 염기 호출 성능에 영향을 미칠 수 있다.Figure 8 presents a scatterplot similar to that described in relation to Figure 6, but based on the results of additional sequencing experiments. Additional sequencing experiments used conditions similar to those described in conjunction with Figure 6, but the dye used to label dTTP was , ffT has an emission maximum at approximately 490 nm, and an additional population of dye-free dTTP was also used. The relative amount of dTTP with the first dye to dTTP without the dye was approximately 1:3. As shown in Figure 8, using two populations of dTTPs can adjust the shape of the cluster groups in the scatterplot and affect subsequent base calling performance.
실험 3Experiment 3
도 9a는 도 8과 관련하여 설명된 것과 유사하지만, 대체 추가 시퀀싱 실험의 결과를 기반으로 한 산점도를 나타낸다. 대체 추가 시퀀싱 실험은 도 8과 관련하여 설명된 것과 유사한 조건을 사용했지만, 로 표지된 dTTP 집단 외에 추가로 제4 염료인 를 갖는 dTTP의 대체 추가 집단을 사용했다. 제4 염료는 450 nm LED에 의해 여기될 수 없었다. 제1 염료를 갖는 dTTP 대 제4 염료를 갖는 dTTP의 상대적인 양은 약 1.25:0.75였다. 도 9a에 도시된 바와 같이, dTTP의 두 집단을 사용하면 산점도에서 클러스터 군의 모양을 추가로 조정할 수 있으며 후속 염기 호출 성능에 영향을 미칠 수 있다. 도 9a에 도시된 동일한 실험 데이터를 기반으로, 도 9b는 시퀀싱 주기의 진행에 따른 T 염기로 확인된 클러스터 및 C 염기로 확인된 클러스터에 대한DNA 클러스터 신호 강도 (샘플 플로우셀에서 동일한 염기를 갖는 것으로 확인된 클러스터에 대한 평균)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, DNA 클러스터 신호 강도는 시퀀싱 주기 수가 증가함에 따라 감소했지만, 신호 강도는 약 150번의 시퀀싱 주기 후에도 여전히 충분히 높았다. 도 9c는 시퀀싱 주기의 진행에 따른 염기 호출 오류율 (%)을 보여준다. 도시된 바와 같이, 시퀀싱 주기 수가 증가함에 따라 오류율은 증가했지만, 약 150번의 시퀀싱 주기 후에는 오류율이 충분히 낮은 (2.2% 미만) 상태로 유지되었다.Figure 9A shows a scatterplot similar to that described in relation to Figure 8, but based on the results of an alternative additional sequencing experiment. An alternative additional sequencing experiment used conditions similar to those described in conjunction with Figure 8, but In addition to the dTTP group labeled with a fourth dye, An alternative additional population of dTTP with was used. The fourth dye could not be excited by the 450 nm LED. The relative amount of dTTP with the first dye to dTTP with the fourth dye was approximately 1.25:0.75. As shown in Figure 9A, using two populations of dTTPs can further tune the shape of the cluster groups in the scatterplot and influence subsequent base calling performance. Based on the same experimental data shown in Figure 9A, Figure 9B shows the DNA cluster signal intensities for clusters identified with T bases and clusters identified with C bases (as shown in the sample flowcell) over the course of the sequencing cycle. represents the average for the identified clusters). As shown, DNA cluster signal intensity decreased with increasing number of sequencing cycles, but signal intensity was still sufficiently high after approximately 150 sequencing cycles. Figure 9c shows the base call error rate (%) as the sequencing cycle progresses. As shown, the error rate increased as the number of sequencing cycles increased, but the error rate remained sufficiently low (less than 2.2%) after approximately 150 sequencing cycles.
샘플Sample
일부 실시양태에서, 샘플은 조직 샘플, 생물학적 체액 샘플, 세포 샘플 등으로부터 유래된 정제되거나 단리된 폴리뉴클레오티드를 포함하거나 이로 구성된다. 적합한 생물학적 체액 샘플에는 혈액, 혈장, 혈청, 땀, 눈물, 가래, 소변, 가래, 이루(ear flow), 림프, 타액, 뇌척수액, 파괴, 골수 현탁액, 질 분비물(vaginal flow), 경경부 세척, 뇌액, 복수, 우유, 호흡기 분비물, 장 및 비뇨 생식기 분비물, 양수, 우유 및 백혈구 채취 샘플이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다. 일부 실시양태에서, 샘플은 비침습적 절차, 예를 들어 혈액, 혈장, 혈청, 땀, 눈물, 가래, 소변, 가래, 이루, 타액 또는 대변에 의해 쉽게 얻을 수 있는 샘플이다. 특정 실시양태에서 샘플은 말초 혈액 샘플, 또는 말초 혈액 샘플의 혈장 및/또는 혈청 분획이다. 다른 실시양태에서, 생물학적 샘플은 면봉 또는 도말, 생검 시료 또는 세포 배양물이다. 다른 실시양태에서, 샘플은 2개 이상의 생물학적 샘플의 혼합물이며, 예를 들어 생물학적 샘플은 생물학적 체액 샘플, 조직 샘플, 및 세포 배양 샘플 중 2개 이상을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "혈액", "혈장" 및 "혈청"은 명백히 이의 분획 또는 가공된 부분을 포함한다. 유사하게, 생검, 면봉, 도말 등에서 샘플을 채취하는 경우, "샘플"은 생검, 면봉, 도말 등에서 파생된 처리된 분획 또는 부분을 명백히 포함한다.In some embodiments, the sample comprises or consists of purified or isolated polynucleotides derived from tissue samples, biological fluid samples, cell samples, etc. Suitable biological fluid samples include blood, plasma, serum, sweat, tears, sputum, urine, phlegm, ear flow, lymph, saliva, cerebrospinal fluid, cerebrospinal fluid, bone marrow suspension, vaginal flow, cervical lavage, and cerebral fluid. , ascites, milk, respiratory secretions, intestinal and urogenital secretions, amniotic fluid, milk, and leukocyte collection samples. In some embodiments, the sample is a sample that can be easily obtained by a non-invasive procedure, such as blood, plasma, serum, sweat, tears, sputum, urine, sputum, otorrhea, saliva, or stool. In certain embodiments, the sample is a peripheral blood sample, or a plasma and/or serum fraction of a peripheral blood sample. In other embodiments, the biological sample is a swab or smear, biopsy specimen, or cell culture. In other embodiments, the sample is a mixture of two or more biological samples, for example, the biological sample may include two or more of a biological fluid sample, a tissue sample, and a cell culture sample. As used herein, the terms “blood,” “plasma,” and “serum” explicitly include fractionated or processed portions thereof. Similarly, when a sample is taken from a biopsy, swab, smear, etc., “sample” expressly includes the processed fraction or portion derived from the biopsy, swab, smear, etc.
특정 실시양태에서, 샘플은 다른 개체의 샘플, 동일하거나 다른 개체의 다른 발달 단계의 샘플, 다른 질병에 걸린 개체 (예를 들어, 암에 걸렸거나 유전 장애를 갖는 것으로 의심되는 개체)의 샘플, 정상 개체, 개체의 질병의 여러 단계에서 얻은 샘플, 질병에 대해 서로 다른 치료를 받은 개체에게서 얻은 샘플, 다양한 환경 요인에 노출된 개체의 샘플, 병리 소인이 있는 개체의 샘플, 전염병 인자에 노출된 개체의 샘플을 포함하지만 이에 국한되지 않는 원천으로부터 얻을 수 있다.In certain embodiments, the sample is a sample from another individual, a sample from a different developmental stage of the same or different individual, a sample from an individual with another disease (e.g., an individual suspected of having cancer or a genetic disorder), a normal samples obtained from individuals, samples obtained at different stages of the individual's disease, samples obtained from individuals who have received different treatments for the disease, samples from individuals exposed to various environmental factors, samples from individuals predisposed to pathology, samples obtained from individuals exposed to infectious agents. It may be obtained from any source, including but not limited to samples.
예시적이지만 비제한적인 일 실시양태에서, 샘플은 임신한 여성, 예를 들어 임신부로부터 얻은 산모 샘플이다. 산모 샘플은 조직 샘플, 생물학적 체액 샘플 또는 세포 샘플일 수 있다. 예시적이지만 비제한적인 또 다른 실시양태에서, 산모 샘플은 2개 이상의 생물학적 샘플의 혼합물이며, 예를 들어 생물학적 샘플은 생물학적 체액 샘플, 조직 샘플 및 세포 배양 샘플 중 2개 이상을 포함할 수 있다.In one exemplary, but non-limiting, embodiment, the sample is a maternal sample obtained from a pregnant woman, e.g., a pregnant woman. The maternal sample may be a tissue sample, biological fluid sample, or cell sample. In another illustrative but non-limiting embodiment, the maternal sample is a mixture of two or more biological samples, for example, the biological sample may include two or more of a biological fluid sample, a tissue sample, and a cell culture sample.
특정 실시양태에서, 샘플은 체내 배양된 조직, 세포, 또는 다른 폴리뉴클레오티드 함유 원천으로부터 얻을 수도 있다. 배양된 샘플은 상이한 배지 및 조건 (예컨대, pH, 압력 또는 온도)에서 유지된 배양물 (예컨대, 조직 또는 세포), 상이한 기간 동안 유지된 배양물 (예컨대, 조직 또는 세포), 상이한 인자 또는 시약 (예컨대, 약물 후보 또는 조절제)으로 처리된 배양물 (예컨대, 조직 또는 세포), 또는 상이한 유형의 조직 및/또는 세포의 배양물을 포함하나 이에 한정되지 않는 원천으로부터 채취할 수 있다.In certain embodiments, the sample may be obtained from in vivo cultured tissues, cells, or other polynucleotide-containing sources. Cultured samples can be cultures (e.g., tissues or cells) maintained in different media and conditions (e.g., pH, pressure, or temperature), cultures (e.g., tissues or cells) maintained for different periods of time, different factors or reagents ( e.g., a drug candidate or modulator), or cultures of different types of tissues and/or cells.
일부 실시양태에서, 개시된 시퀀싱 기술의 사용은 시퀀싱 라이브러리의 제조를 포함하지 않는다. 다른 실시양태에서, 본원에서 고려되는 시퀀싱 기술은 시퀀싱 라이브러리의 제조를 포함한다. 한 가지 예시적인 접근 방식에서, 시퀀싱 라이브러리 제조에는 시퀀싱할 준비가 된 어댑터 변형 DNA 단편 (예를 들어, 폴리뉴클레오티드)의 무작위 집합의 생산이 포함된다.In some embodiments, use of the disclosed sequencing technology does not include preparation of a sequencing library. In other embodiments, the sequencing techniques contemplated herein involve the preparation of sequencing libraries. In one exemplary approach, sequencing library preparation involves the production of a random set of adapter modified DNA fragments (e.g., polynucleotides) ready to be sequenced.
폴리뉴클레오티드의 시퀀싱 라이브러리는 DNA 또는 cDNA, 예를 들어, 역전사 효소의 작용에 의해 RNA 주형에서 생성된 상보적인 DNA 또는 사본 DNA인 DNA 또는 cDNA의 등가물, 유사체를 포함한 DNA 또는 RNA로부터 제조될 수 있다. 폴리뉴클레오티드는 이중 가닥 형태 (예를 들어, 게놈 DNA 단편, cDNA, PCR 증폭 산물 등과 같은 dsDNA)에서 유래할 수 있거나, 특정 실시양태에서는 폴리뉴클레오티드는 단일 가닥 형태 (예를 들어, ssDNA, RNA 등)에서 유래하여 dsDNA 형태로 변환된 것일 수 있다. 예시로서, 특정 실시양태에서 단일 가닥 mRNA 분자는 시퀀싱 라이브러리를 제조하는 데 사용하기에 적합한 이중 가닥 cDNA로 복사될 수 있다. 1차 폴리뉴클레오티드 분자의 정확한 서열은 일반적으로 라이브러리 제조 방법에 중요하지 않으며 알려져 있거나 알려지지 않을 수 있다. 한 실시양태에서, 폴리뉴클레오티드 분자는 DNA 분자이다. 보다 구체적으로, 특정 실시양태에서, 폴리뉴클레오티드 분자는 유기체의 전체 유전적 보체 또는 실질적으로 유기체의 전체 유전적 보체를 나타내고, 게놈 DNA 분자 (예를 들어, 세포 DNA, 무세포 DNA (cfDNA) 등)로, 이는 일반적으로 인트론 서열과 엑손 서열 (코딩 서열)뿐만 아니라 프로모터 및 인핸서 서열과 같은 비코딩 조절 서열을 모두 포함한다. 특정 실시양태에서, 1차 폴리뉴클레오티드 분자는 인간 게놈 DNA 분자, 예를 들어 임신한 대상체의 말초 혈액에 존재하는 cfDNA 분자를 포함한다.Sequencing libraries of polynucleotides can be prepared from DNA or RNA, including equivalents or analogs of DNA or cDNA, such as DNA or cDNA, which is complementary DNA or copy DNA generated from an RNA template by the action of reverse transcriptase. The polynucleotide may be from a double-stranded form (e.g., dsDNA, such as a genomic DNA fragment, cDNA, PCR amplification product, etc.), or in certain embodiments, the polynucleotide may be from a single-stranded form (e.g., ssDNA, RNA, etc.). It may have been converted to dsDNA form. By way of example, in certain embodiments single-stranded mRNA molecules can be copied into double-stranded cDNA suitable for use in preparing sequencing libraries. The exact sequence of the primary polynucleotide molecule is generally not critical to the library preparation method and may or may not be known. In one embodiment, the polynucleotide molecule is a DNA molecule. More specifically, in certain embodiments, the polynucleotide molecule represents the entire genetic complement of the organism or substantially the entire genetic complement of the organism and is not a genomic DNA molecule (e.g., cellular DNA, cell-free DNA (cfDNA), etc.). This typically includes both intron and exon sequences (coding sequences) as well as non-coding regulatory sequences such as promoter and enhancer sequences. In certain embodiments, the primary polynucleotide molecule comprises a human genomic DNA molecule, such as a cfDNA molecule present in the peripheral blood of a pregnant subject.
생물학적 원천으로부터 핵산을 단리하는 방법은 원천의 특성에 따라 다를 수 있다. 당업자는 본원에 기술된 방법에 필요한 대로 원천으로부터 핵산을 쉽게 단리할 수 있다. 어떤 경우에는 원하는 크기 범위의 폴리뉴클레오티드을 얻기 위해 핵산 샘플에서 큰 핵산 분자 (예를 들어, 세포 게놈 DNA)를 단편화하는 것이 유리할 수 있다. 단편화는 무작위적일 수도 있고, 예를 들어 제한 엔도뉴클레아제 소화를 사용하여 달성되는 것처럼 특정적일 수도 있다. 무작위 단편화 방법에는 예를 들어 제한된 DNase 소화, 알칼리 처리 및 물리적 전단이 포함될 수 있다. 단편화는 또한 당업자에게 공지된 임의의 다수의 방법에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 단편화는 분무화, 초음파 처리 및 수전단을 포함하되 이에 국한되지 않는 기계적 수단에 의해 달성될 수 있다.Methods for isolating nucleic acids from biological sources may vary depending on the nature of the source. One skilled in the art can readily isolate nucleic acids from sources as required for the methods described herein. In some cases, it may be advantageous to fragment large nucleic acid molecules (e.g., cellular genomic DNA) from a nucleic acid sample to obtain polynucleotides in the desired size range. Fragmentation may be random or specific, such as achieved using restriction endonuclease digestion. Random fragmentation methods may include, for example, limited DNase digestion, alkaline treatment, and physical shearing. Fragmentation can also be accomplished by any of a number of methods known to those skilled in the art. For example, fragmentation can be achieved by mechanical means, including but not limited to nebulization, sonication, and water shearing.
일부 실시양태에서, 샘플 핵산은 단편화되지 않은 cfDNA로부터 획득된다. 예를 들어, cfDNA는 일반적으로 약 300개 염기쌍 미만의 단편으로 존재하므로 결과적으로는 cfDNA 샘플을 사용하여 시퀀싱 라이브러리를 생성하는 데 일반적으로 단편화가 필요하지 않다.In some embodiments, the sample nucleic acid is obtained from unfragmented cfDNA. For example, cfDNA typically exists in fragments of less than about 300 base pairs, and consequently fragmentation is generally not required to generate sequencing libraries using cfDNA samples.
일반적으로 폴리뉴클레오티드가 강제로 단편화되거나 (예를 들어, 시험관 내에서 단편화됨) 자연적으로 단편으로 존재하든 관계없이 5'-인산염과 3'-하이드록실을 갖는 무딘 말단 DNA로 변환된다. 예를 들어 Illumina 플랫폼을 사용하는 시퀀싱 프로토콜과 같은 표준 프로토콜은 사용자에게 샘플 DNA를 말단 복구하고, dA-테일링 전에 말단 복구된 산물을 정제하고, 라이브러리 제조의 어댑터 결찰 단계 전에 dA-테일링 산물을 정제하도록 지시한다.Typically, whether the polynucleotide is forced to fragment (e.g., fragmented in vitro) or exists naturally as fragments, it is converted to blunt-ended DNA with a 5'-phosphate and a 3'-hydroxyl. For example, standard protocols, such as sequencing protocols using the Illumina platform, require users to end-repair sample DNA, purify end-repaired products prior to dA-tailing, and purify dA-tailing products prior to the adapter ligation step of library preparation. Instruct.
다양한 실시양태에서, 샘플의 완전성 확인 및 샘플 추적은 샘플 게놈 핵산, 예를 들어, cfDNA와, 예를 들어 처리 전에 샘플에 도입된 동반 마커 핵산의 혼합물을 시퀀싱함으로써 달성될 수 있다.In various embodiments, verification of sample integrity and sample tracking can be accomplished by sequencing a mixture of sample genomic nucleic acids, e.g., cfDNA, and accompanying marker nucleic acids introduced into the sample, e.g., prior to processing.
시퀀싱 기법Sequencing techniques
개시된 시퀀싱 시스템 및 방법은 광학 검출에 기초한 임의의 시퀀싱 기법, 예를 들어 차세대 시퀀싱 (NGS), 형광 현장 시퀀싱 (FISSEQ), 및 대규모 병렬 시그니처 시퀀싱 (MPSS)과 호환될 수 있다. 일 실시양태에서, 개시된 시스템 및 방법은 다중 샘플이 단일 시퀀싱 수행에서 게놈 분자 (즉, 싱글플렉스 시퀀싱)로, 또는 인덱싱된 게놈 분자를 포함하는 풀링된 샘플 (예를 들어, 멀티플렉스 시퀀싱)로 개별적으로 시퀀싱되도록 하는 NGS 기술과 호환될 수 있다. 이러한 방법은 최대 수억 개의 DNA 서열 판독을 생성할 수 있다.The disclosed sequencing systems and methods are compatible with any sequencing technique based on optical detection, such as next-generation sequencing (NGS), fluorescence in situ sequencing (FISSEQ), and massively parallel signature sequencing (MPSS). In one embodiment, the disclosed systems and methods allow multiple samples to be separated individually into genomic molecules in a single sequencing run (i.e., singleplex sequencing), or as pooled samples containing indexed genomic molecules (e.g., multiplex sequencing). It is compatible with NGS technology that allows for sequencing. These methods can generate up to hundreds of millions of DNA sequence reads.
개시된 기술은 미국 특허 출원 공개 번호 2007/0166705, 2006/0188901, 2006/0240439, 2006/0281109, 2005/0100900, 미국 특허 번호 7,057,026, PCT 출원 공개 번호 WO 2005/065814, WO 2006/064199, 및 WO 2007/010251에 설명된 합성에 의한 시퀀싱 방법을 통합하는 것과 같은 시퀀싱 반응을 구현할 수 있으며, 이들의 개시내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 일부 실시양태에서, 시퀀서는 Illumina (캘리포니아주 샌디에고)의 HiSeq, MiSeq 또는 HiScanSQ 시스템에서 사용되는 것과 유사한 합성에 의한 시퀀싱 방법을 구현할 수 있다.The disclosed technology is disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2007/0166705, 2006/0188901, 2006/0240439, 2006/0281109, 2005/0100900, U.S. Patent No. 7,057,026, PCT Application Publication No. WO 2005/065814, WO 2006/0 64199, and WO 2007 Sequencing reactions can be implemented such as incorporating the synthetic sequencing methods described in /010251, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety. In some embodiments, the sequencer may implement sequencing-by-synthesis methods similar to those used in the HiSeq, MiSeq, or HiScanSQ systems from Illumina (San Diego, CA).
대안적으로, 결찰 기법에 의한 시퀀싱은 개시된 기술, 예컨대 미국 특허 번호 6,969,488, 6,172,218 및 6,306,597에 기술된 바와 같이 사용될 수 있으며, 이들의 개시내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 결찰 기법에 의한 시퀀싱은 DNA 리가제를 사용하여 올리고뉴클레오티드를 혼입하고 이러한 올리고뉴클레오티드의 혼입을 확인한다.Alternatively, sequencing by ligation techniques can be used as disclosed techniques, such as those described in U.S. Pat. Nos. 6,969,488, 6,172,218 and 6,306,597, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entirety. Sequencing by ligation techniques uses DNA ligase to incorporate oligonucleotides and confirm the incorporation of these oligonucleotides.
개시된 기술은 Affymetrix Inc.(캘리포니아주 서니베일)의 혼성화에 의한 시퀀싱 플랫폼 및 454 Life Sciences (코네티컷주 브래드포드) 및 Helicos Biosciences (매사추세츠주 캠브리지)의 합성에 의한 시퀀싱 플랫폼, Applied Biosystems (캘리포니아주 포스터 시티)의 결찰에 의한 시퀀싱 플랫폼, 또는 Pacific Biosciences의 SMRT 기술과 같이 상업적으로 이용 가능한 일부 시퀀싱 기법으로 구현될 수 있다.The disclosed technology includes the sequencing-by-hybridization platform of Affymetrix Inc. (Sunnyvale, CA) and the sequencing-by-synthesis platform of 454 Life Sciences (Bradford, CT) and Helicos Biosciences (Cambridge, MA), Applied Biosystems (Foster City, CA) )'s sequencing platform by ligation, or with some commercially available sequencing techniques, such as Pacific Biosciences' SMRT technology.
예시적이지만 비제한적인 한 실시양태에서, 본원에 기술된 방법은 Illumina의 합성에 의한 시퀀싱 및 가역적 종결자 기반 시퀀싱 화학 (예를 들어, Bentley 등, Nature 6:53-59 [2009]에 설명된 것과 같은)을 사용하여 핵산에 대한 서열 정보를 획득하는 것을 포함한다. Illumina의 시퀀싱 기술에는 단편화된 게놈 DNA를 올리고뉴클레오티드 앵커가 결합된 광학적으로 투명한 평면 표면에 부착하는 것이 포함될 수 있다. 예를 들어, 주형 DNA는 말단 복구되어 5'-인산화된 둔한 말단을 생성하고, Klenow 단편의 중합효소 활성을 사용하여 둔한 인산화된 DNA 단편의 3' 말단에 단일 A 염기를 추가한다. 이 추가는 결찰 효율성을 높이기 위해 3' 말단에 단일 T 염기의 돌출부가 있는 올리고뉴클레오티드 어댑터에 결찰하기 위한 DNA 단편을 제조한다. 어댑터 올리고뉴클레오티드는 플로우셀 앵커 올리고에 상보적이다. 제한 희석 조건에서 어댑터로 변형된 단일 가닥 주형 DNA가 플로우셀에 추가되고 혼성화를 통해 앵커 올리고에 고정된다. 부착된 DNA 단편은 확장되고 브리지 증폭되어 각각 동일한 주형의 약 1,000개의 사본을 함유하는 수억 개의 클러스터가 있는 초고밀도 시퀀싱 플로우셀을 만든다. 한 실시양태에서, 무작위로 단편화된 게놈 DNA는 클러스터 증폭을 받기 전에 PCR을 사용하여 증폭된다. 대안적으로, 증폭이 없는 (예를 들어, PCR이 없는) 게놈 라이브러리 제조가 사용되고, 무작위로 단편화된 게놈 DNA는 클러스터 증폭만을 사용하여 농축된다 (Kozarewa 등, Nature Methods 6:291-295 [2009]). 합성에 의한 시퀀싱 반응은 제거 가능한 형광 염료를 갖는 가역적 종결자를 사용할 수 있다. 약 수십에서 수백 염기쌍의 짧은 서열 판독이 참조 게놈에 대해 정렬되고 참조 게놈에 대한 짧은 서열 판독의 고유한 매핑이 식별된다. 제1 판독이 완료된 후 주형을 현장에서 재생성하여 단편의 반대쪽 말단에서 제2 판독을 활성화할 수 있다. 따라서 DNA 단편의 단일 말단 또는 쌍말단 시퀀싱을 사용할 수 있다. 쌍말단 시퀀싱에 대한 자세한 정보는 미국 특허 번호 7601499 및 미국 특허 공개 번호 2012/0,053,063에서 확인할 수 있으며, 이들은 참조로 포함된다.In one exemplary, but non-limiting, embodiment, the methods described herein include Illumina's synthetic sequencing and reversible terminator-based sequencing chemistry (e.g., as described in Bentley et al., Nature 6:53-59 [2009]). It includes obtaining sequence information about nucleic acids using (such as). Illumina's sequencing technology can involve attaching fragmented genomic DNA to a flat, optically clear surface bound to oligonucleotide anchors. For example, template DNA is end repaired to generate a 5'-phosphorylated blunt end, and the polymerase activity of the Klenow fragment is used to add a single A base to the 3' end of the blunt phosphorylated DNA fragment. This addition prepares a DNA fragment for ligation to an oligonucleotide adapter with an overhang of a single T base at the 3' end to increase ligation efficiency. The adapter oligonucleotide is complementary to the flowcell anchor oligo. Under limiting dilution conditions, single-stranded template DNA modified with adapters is added to the flowcell and immobilized on anchor oligos through hybridization. The attached DNA fragments are extended and bridge-amplified to create an ultra-high-density sequencing flowcell with hundreds of millions of clusters, each containing about 1,000 copies of the same template. In one embodiment, randomly fragmented genomic DNA is amplified using PCR prior to being subjected to cluster amplification. Alternatively, amplification-free (e.g., no PCR) genomic library preparation is used, and randomly fragmented genomic DNA is enriched using cluster amplification only (Kozarewa et al., Nature Methods 6:291-295 [2009] ). Sequencing reactions by synthesis can use reversible terminators with removable fluorescent dyes. Short sequence reads of approximately tens to hundreds of base pairs are aligned to a reference genome and the unique mapping of the short sequence reads to the reference genome is identified. After the first read is complete, the template can be regenerated in situ to activate a second read at the opposite end of the fragment. Therefore, single-end or double-end sequencing of DNA fragments can be used. More information about paired-end sequencing can be found in U.S. Patent No. 7601499 and U.S. Patent Publication No. 2012/0,053,063, which are incorporated by reference.
일부 실시양태에서, Illumina에 의한 합성에 의한 시퀀싱 플랫폼은 단편의 클러스터링을 포함한다. 클러스터링은 각 단편 분자가 등온적으로 증폭되는 공정이다. 일부 실시양태에서, 단편은 단편의 두 말단에 부착된 두 개의 서로 다른 어댑터를 가지며, 어댑터는 단편이 플로우셀 레인의 표면에 있는 두 개의 서로 다른 올리고와 혼성화할 수 있도록 해준다. 단편은 단편의 두 말단에 있는 두 개의 인덱스 서열을 추가로 포함하거나 이에 연결되며, 여기서 인덱스 서열은 멀티플렉스 시퀀싱에서 서로 다른 샘플을 식별하기 위한 표지를 제공한다.In some embodiments, the sequencing platform by synthesis by Illumina includes clustering of fragments. Clustering is a process in which each fragment molecule is amplified isothermally. In some embodiments, a fragment has two different adapters attached to two ends of the fragment, the adapters allowing the fragment to hybridize to two different oligos on the surface of the flowcell lane. The fragment further comprises or is joined to two index sequences at the two ends of the fragment, where the index sequences provide labels to identify different samples in multiplex sequencing.
일부 구현에서 Illumina 플랫폼의 클러스터링을 위한 플로우셀은 레인이 있는 유리 슬라이드이다. 각 레인은 두 가지 유형의 올리고 론(lawn)으로 코팅된 유리 채널이다. 혼성화는 표면에 있는 두 가지 유형의 올리고 중 첫 번째에 의해 활성화된다. 이 올리고는 단편의 한쪽 말단에 있는 제1 어댑터에 상보적이다. 중합효소는 혼성화된 단편의 상보적 가닥을 생성한다. 이중 가닥 분자는 변성되고 원래의 주형 가닥은 세척 제거된다. 나머지 가닥은 다른 많은 나머지 가닥과 병행하여 브리지 적용을 통해 클론 증폭된다.In some implementations, the flow cell for clustering on the Illumina platform is a glass slide with lanes. Each lane is a glass channel coated with two types of oligomers. Hybridization is activated by the first of two types of oligos present on the surface. This oligo is complementary to the first adapter at one end of the fragment. The polymerase produces complementary strands of the hybridized fragment. The double-stranded molecule is denatured and the original template strand is washed away. The remaining strand is clonally amplified through bridge application in parallel with many other remaining strands.
브리지 증폭에서는 가닥이 접히고 가닥의 제2 말단에 있는 제2 어댑터 영역이 플로우셀 표면의 제2 유형의 올리고와 혼성화된다. 중합효소는 상보적 가닥을 생성하여 이중 가닥 가교 분자를 형성한다. 이 이중 가닥 분자는 변성되어 두 개의 서로 다른 올리고를 통해 플로우셀에 연결된 두 개의 단일 가닥 분자가 생성된다. 그런 다음 이 과정이 계속해서 반복되고 수백만 개의 클러스터에 대해 동시에 발생하여 모든 단편의 클론 증폭이 발생한다. 브리지 증폭 후 역방향 가닥은 절단되고 세척되어 전방향 가닥만 남는다. 3' 말단은 원치 않는 프라이밍을 방지하기 위해 차단된다.In bridge amplification, the strand is folded and a second adapter region at the second end of the strand hybridizes with a second type of oligo on the flow cell surface. Polymerase produces complementary strands to form double-stranded cross-linked molecules. This double-stranded molecule is denatured to produce two single-stranded molecules that are linked to the flow cell via two different oligos. This process is then repeated continuously and occurs simultaneously for millions of clusters, resulting in clonal amplification of all fragments. After bridge amplification, the reverse strand is cleaved and washed, leaving only the forward strand. The 3' end is blocked to prevent unwanted priming.
클러스터링 후 제1 시퀀싱 프라이머를 연장하여 제1 판독을 생성하는 것으로 시퀀싱이 시작된다. 각 주기마다 형광 태그가 붙은 뉴클레오티드가 성장하는 사슬에 추가되기 위해 경쟁한다. 주형의 서열에 따라 하나만 혼입된다. 각 뉴클레오티드를 추가한 후 클러스터는 광원에 의해 여기되고 특징적인 형광 신호가 방출된다. 주기 수에 따라 판독 길이가 결정된다. 방출 파장과 신호 강도에 따라 염기 호출이 결정된다. 주어진 클러스터에 대해 모든 동일한 가닥이 동시에 판독된다. 수억 개의 클러스터 또는 수천만에서 수억 개의 클러스터가 대규모 병렬 방식으로 시퀀싱된다. 제1 판독이 완료되면 판독된 산물은 세척 제거된다.Sequencing begins by extending the first sequencing primer after clustering to generate the first reads. In each cycle, fluorescently tagged nucleotides compete to be added to the growing chain. Depending on the sequence of the template, only one is incorporated. After adding each nucleotide, the cluster is excited by a light source and a characteristic fluorescence signal is emitted. The read length is determined by the number of cycles. Base calling is determined based on the emission wavelength and signal intensity. For a given cluster, all identical strands are read simultaneously. Hundreds of millions of clusters, or tens to hundreds of millions of clusters, are sequenced in massively parallel fashion. Once the first read is complete, the read product is washed away.
두 개의 인덱스 프라이머가 포함된 공정에서는 인덱스 1 프라이머가 도입되어 주형의 인덱스 1 영역에 혼성화된다. 인덱스 영역은 단편의 식별을 제공하며 이는 멀티플렉스 시퀀싱 과정에서 샘플을 역다중화하는 데 유용하다. 인덱스 1 판독은 제1 판독과 유사하게 생성된다. 인덱스 1 판독이 완료된 후 판독된 산물은 세척되어 제거되고 가닥의 3' 말단은 탈보호된다. 그런 다음 주형 가닥이 접혀서 플로우셀의 제2 올리고에 결합된다. 인덱스 2 서열은 인덱스 1과 동일한 방식으로 판독된다. 그런 다음 인덱스 2 판독 산물은 단계 완료 시 세척 제거된다.In a process involving two index primers, the index 1 primer is introduced and hybridized to the index 1 region of the template. The index region provides identification of fragments, which is useful for demultiplexing samples during multiplex sequencing. Index 1 reads are generated similarly to the first read. After the index 1 read is complete, the read product is washed away and the 3' end of the strand is deprotected. The template strand is then folded and bound to the second oligo on the flow cell. Index 2 sequences are read in the same way as index 1. The index 2 read product is then washed away upon completion of the step.
두 개의 인덱스 판독 후, 중합효소를 사용하여 제2 플로우셀 올리고를 확장하여 이중 가닥 브리지를 형성함으로써 판독 2가 시작된다. 이 이중 가닥 DNA는 변성되어 3' 말단이 차단된다. 원래의 앞쪽 가닥은 잘려져 세척 제거되고 반대 가닥은 남는다. 판독 2는 판독 2 시퀀싱 프라이머의 도입으로 시작된다. 판독 1과 마찬가지로 원하는 길이에 도달할 때까지 시퀀싱 단계가 반복된다. 판독 2의 산물은 세척 제거된다. 이 전체 과정는 모든 단편을 나타내는 수백만 개의 판독을 생성한다. 풀링된 샘플 라이브러리의 서열은 샘플 준비 중에 도입된 고유 인덱스를 기반으로 분리된다. 각 샘플에 대해 유사한 염기 호출 범위의 판독이 국지적으로 클러스터링된다. 정방향 및 역방향 판독은 쌍을 이루어 연속 서열을 생성한다. 이러한 연속 서열은 변이체 식별을 위해 참조 게놈에 정렬된다.After the two index reads, read 2 begins by extending the second flowcell oligo using polymerase to form a double-stranded bridge. This double-stranded DNA is denatured and the 3' end is blocked. The original front strand is cut and washed away, leaving the opposite strand. Read 2 begins with introduction of the Read 2 sequencing primer. As with read 1, the sequencing step is repeated until the desired length is reached. The product of read 2 is washed away. This entire process generates millions of reads representing every fragment. Sequences in the pooled sample library are separated based on unique indices introduced during sample preparation. For each sample, reads with similar base call ranges are clustered locally. Forward and reverse reads are paired to produce contiguous sequences. These contiguous sequences are aligned to a reference genome for variant identification.
컴퓨팅 시스템computing system
일부 실시양태에서, 개시된 시스템 및 방법은 특정 서열 데이터 분석 특징 및 서열 데이터 저장소를 클라우드 컴퓨팅 환경 또는 클라우드 기반 네트워크로 이동하거나 배포하기 위한 접근법을 포함할 수 있다. 시퀀싱 데이터, 게놈 데이터 또는 기타 유형의 생물학적 데이터와의 사용자 상호 작용은 데이터와의 다양한 상호 작용에 대한 액세스를 저장하고 제어하는 중앙 허브를 통해 매개될 수 있다. 일부 실시양태에서, 클라우드 컴퓨팅 환경은 또한 프로토콜, 분석 방법, 라이브러리, 서열 데이터의 공유뿐만 아니라 시퀀싱, 분석 및 보고를 위한 분산 처리도 제공할 수 있다. 일부 실시양태에서, 클라우드 컴퓨팅 환경은 사용자에 의한 서열 데이터의 수정 또는 주석을 용이하게 한다. 일부 실시양태에서, 시스템 및 방법은 온디맨드 또는 온라인으로 컴퓨터 브라우저에서 구현될 수 있다.In some embodiments, the disclosed systems and methods may include approaches for moving or distributing certain sequence data analysis features and sequence data repositories to a cloud computing environment or cloud-based network. User interaction with sequencing data, genomic data, or other types of biological data may be mediated through a central hub that stores and controls access to various interactions with the data. In some embodiments, a cloud computing environment may also provide for sharing of protocols, analysis methods, libraries, sequence data, as well as distributed processing for sequencing, analysis, and reporting. In some embodiments, a cloud computing environment facilitates modification or annotation of sequence data by users. In some embodiments, the systems and methods can be implemented in a computer browser, on demand or online.
일부 실시양태에서, 본원에 설명된 방법을 수행하기 위해 작성된 소프트웨어는 메모리, CD-ROM, DVD-ROM, 메모리 스틱, 플래시 드라이브, 하드 드라이브, SSD 하드 드라이브, 서버, 메인프레임 스토리지 시스템 등과 같은 컴퓨터 판독 가능 매체의 일부 형태로 저장된다.In some embodiments, software written to perform the methods described herein includes computer readable memory, such as a memory, CD-ROM, DVD-ROM, memory stick, flash drive, hard drive, SSD hard drive, server, mainframe storage system, etc. Available to be stored in some form of media.
일부 실시양태에서, 방법은 임의의 다양한 적합한 프로그래밍 언어, 예를 들어 C, C#, C++, Fortran 및 Java와 같은 컴파일된 언어로 작성될 수 있다. 다른 프로그래밍 언어는 Perl, MatLab, SAS, SPSS, Python, Ruby, Pascal, Delphi, R 및 PHP와 같은 스크립트 언어일 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은 C, C#, C++, Fortran, Java, Perl, R, Java 또는 Python으로 작성된다. 일부 실시양태에서, 방법은 데이터 입력 및 데이터 표시 모듈을 갖춘 독립적인 애플리케이션일 수 있다. 대안적으로, 방법은 컴퓨터 소프트웨어 제품일 수 있고 분산 객체가 본원에 설명된 계산 방법을 포함하는 애플리케이션을 포함하는 클래스를 포함할 수 있다.In some embodiments, methods may be written in any of a variety of suitable programming languages, such as compiled languages such as C, C#, C++, Fortran, and Java. Other programming languages may be scripting languages such as Perl, MatLab, SAS, SPSS, Python, Ruby, Pascal, Delphi, R, and PHP. In some embodiments, the methods are written in C, C#, C++, Fortran, Java, Perl, R, Java, or Python. In some embodiments, the method may be a stand-alone application with data entry and data display modules. Alternatively, the method may be a computer software product and the distributed object may include a class containing an application that includes the computational methods described herein.
일부 실시양태에서, 방법은 시퀀싱 기기에서 발견되는 것과 같은 기존 데이터 분석 소프트웨어에 통합될 수 있다. 본원에 기술된 컴퓨터 구현 방법을 포함하는 소프트웨어는 컴퓨터 시스템에 직접 설치되거나, 컴퓨터 판독 가능 매체에 간접적으로 보관되어 필요에 따라 컴퓨터 시스템에 로딩된다. 또한, 이러한 방법은 제3자 서비스 제공업체가 제공하는 것과 같이 데이터가 생성되는 위치와 상대적으로 다른 위치에 유지되는 서버 등에 있는 소프트웨어와 같이 데이터가 생성되는 위치에서 멀리 떨어진 컴퓨터에 위치할 수 있다.In some embodiments, the methods can be integrated into existing data analysis software, such as that found on sequencing instruments. Software, including the computer-implemented methods described herein, may be installed directly on a computer system or stored indirectly on a computer-readable medium and loaded into the computer system as needed. Additionally, these methods may be located on computers remote from where the data is generated, such as software on servers maintained in a different location relative to where the data is generated, such as provided by a third-party service provider.
시스템 및 방법의 구현을 위한 지침을 포함하는 접근 가능한 메모리와 작동 가능하게 통신하는 프로세서를 함유할 수 있는 검정 기기, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 또는 서버. 일부 실시양태에서, 데스크탑 컴퓨터 또는 랩톱 컴퓨터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 장치 및/또는 출력 장치와 작동 가능하게 통신한다. 검정 기기, 데스크탑 컴퓨터 및 랩톱 컴퓨터는 Apple 기반 컴퓨터 시스템 또는 PC 기반 컴퓨터 시스템에서 사용되는 것과 같은 다양한 컴퓨터 기반 작동 언어로 작동할 수 있다. 검정 기기, 데스크탑 및/또는 랩톱 컴퓨터 및/또는 서버 시스템은 실험적 정의 및/또는 조건을 생성 또는 수정하고, 데이터 결과를 보고, 실험 진행을 모니터링하기 위한 컴퓨터 인터페이스를 추가로 제공할 수 있다. 일부 실시양태에서, 출력 장치는 컴퓨터 모니터 또는 컴퓨터 스크린과 같은 그래픽 사용자 인터페이스, 프린터, 개인용 디지털 보조기 (즉, PDA, Blackberry, iPhone)와 같은 휴대용 장치, 태블릿 컴퓨터 (예를 들어, iPAD), 하드 드라이브, 서버, 메모리 스틱, 플래시 드라이브 등일 수 있다.A black device, desktop computer, laptop computer, or server that may contain a processor operably in communication with accessible memory containing instructions for implementation of the systems and methods. In some embodiments, a desktop computer or laptop computer is in operative communication with one or more computer-readable storage media or devices and/or output devices. Black devices, desktop computers, and laptop computers can operate with a variety of computer-based operating languages, such as those used on Apple-based computer systems or PC-based computer systems. The assay instrument, desktop and/or laptop computer, and/or server system may further provide a computer interface for creating or modifying experimental definitions and/or conditions, viewing data results, and monitoring experimental progress. In some embodiments, the output device is a graphical user interface such as a computer monitor or computer screen, a printer, a portable device such as a personal digital assistant (e.g., PDA, Blackberry, iPhone), a tablet computer (e.g., an iPAD), a hard drive, , servers, memory sticks, flash drives, etc.
컴퓨터 판독 가능 저장 장치 또는 매체는 서버, 메인프레임, 슈퍼컴퓨터, 자기 테이프 시스템 등과 같은 모든 장치일 수 있다. 일부 실시양태에서 저장 장치는 검정 기기에 가까운 위치, 예를 들어 검정 기기에 인접하거나 매우 근접한 위치에 현장에 위치할 수 있다. 예를 들어, 저장 장치는 검정 기기와 관련하여 동일한 방, 동일한 건물, 인접한 건물, 건물의 동일한 층, 건물의 다른 층 등에 위치할 수 있다. 일부 실시양태에서 저장 장치는 검정 기기의 외부에 위치하거나 먼 곳에 위치할 수 있다. 예를 들어, 저장 장치는 검정 기기와 관련하여 도시의 다른 지역, 다른 도시, 다른 주, 다른 국가 등에 위치할 수 있다. 저장 장치가 검정 기기와 멀리 있는 위치에 있는 실시양태에서, 검정 기기와 데스크탑, 랩톱 또는 서버 중 하나 이상 사이의 통신은 일반적으로 인터넷 연결, 액세스 포인트를 통한 무선 또는 네트워크 케이블을 통해 이루어진다. 일부 실시양태에서 저장 장치는 검정 기기와 직접 관련된 개인 또는 개체(entity)에 의해 유지 및 관리될 수 있는 반면, 다른 실시양태에서는 저장 장치는 일반적으로 검정 기기와 관련된 개인 또는 개체와 먼 위치에서 제3자에 의해 유지 및 관리될 수 있다. 실시양태에서, 본원에 기술된 바와 같이 출력 장치는 데이터를 시각화하기 위한 임의의 장치일 수 있다.A computer-readable storage device or medium can be any device such as a server, mainframe, supercomputer, magnetic tape system, etc. In some embodiments, the storage device may be located on-site in a location close to the calibration device, such as adjacent to or in close proximity to the calibration device. For example, the storage device may be located in the same room, in the same building, in an adjacent building, on the same floor of the building, on a different floor of the building, etc., relative to the calibration device. In some embodiments, the storage device may be located external to or remote from the assay device. For example, the storage device may be located in a different part of the city, a different city, a different state, a different country, etc., relative to the test device. In embodiments where the storage device is located remotely from the calibration device, communication between the calibration device and one or more of a desktop, laptop, or server typically occurs via an Internet connection, wirelessly through an access point, or via a network cable. In some embodiments, the storage device may be maintained and managed by an individual or entity directly associated with the assay device, while in other embodiments the storage device may be maintained and managed by a third party, generally at a remote location from the individual or entity associated with the assay device. It can be maintained and managed by the owner. In embodiments, the output device can be any device for visualizing data as described herein.
검정 기기, 데스크톱, 랩톱 및/또는 서버 시스템을 그 자체로 사용하여 본원에 설명된 계산 방법을 수행 및 구현하기 위한 컴퓨터 코드, 계산 방법 구현에 사용할 데이터 등을 포함하는 컴퓨터 구현 소프트웨어 프로그램을 저장 및/또는 검색할 수 있다. 검정 기기, 데스크톱, 랩톱 및/또는 서버 중 하나 이상은 본원에 설명된 계산 방법을 수행하고 구현하기 위한 컴퓨터 코드, 계산 방법 구현에 사용할 데이터 등을 포함하는 소프트웨어 프로그램을 저장 및/또는 검색하기 위한 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에는 하드 드라이브, SSD 하드 드라이브, CD-ROM 드라이브, DVD-ROM 드라이브, 플로피 디스크, 테이프, 플래시 메모리 스틱 또는 카드 등 중 하나 이상이 포함될 수 있지만 이에 국한되지는 않는다. 또한, 인터넷을 포함하는 네트워크가 컴퓨터 판독 가능 저장 매체일 수 있다. 일부 실시양태에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 예를 들어 검정 기기와 먼 위치에 있는 로컬 데스크톱 또는 랩톱 컴퓨터가 아닌, 서비스 제공자가 제공하는 인터넷 또는 회사 네트워크를 통해 컴퓨터 네트워크에 의해 액세스 가능한 계산 리소스 저장소를 지칭한다.Use the assay instrument, desktop, laptop and/or server system as such to store and/or store computer-implemented software programs that include computer code for performing and implementing the computational methods described herein, data for use in implementing the computational methods, etc. Or you can search. One or more of the assay devices, desktops, laptops and/or servers are one for storing and/or retrieving software programs including computer code for performing and implementing the computational methods described herein, data for use in implementing the computational methods, etc. It may include one or more computer-readable storage media. Computer-readable storage media may include, but are not limited to, one or more of a hard drive, SSD hard drive, CD-ROM drive, DVD-ROM drive, floppy disk, tape, flash memory stick, or card. Additionally, a network including the Internet may be a computer-readable storage medium. In some embodiments, the computer-readable storage medium includes a computational resource storage accessible by a computer network, for example, over the Internet or a corporate network provided by a service provider, other than a local desktop or laptop computer located remotely from the device. refers to
일부 실시양태에서, 본원에 기술된 계산 방법을 수행 및 구현하기 위한 컴퓨터 코드, 계산 방법의 구현에 사용하기 위한 데이터 등을 포함하는 컴퓨터 구현 소프트웨어 프로그램을 저장 및/또는 검색하기 위한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 서비스 제공자에 의해 인터넷 연결이나 네트워크 연결을 통해 검정 기기, 데스크탑, 랩톱 및/또는 서버 시스템과 운영 통신으로 작동되고 유지된다.In some embodiments, a computer-readable storage medium for storing and/or retrieving a computer-implemented software program, including computer code for performing and implementing the computational methods described herein, data for use in implementing the computational methods, etc. is operated and maintained by the Service Provider in operational communication with the device, desktop, laptop and/or server system via an Internet connection or network connection.
일부 실시양태에서, 계산 환경을 제공하기 위한 하드웨어 플랫폼은 프로세서 (즉, CPU)를 포함하며, 여기서 프로세서 시간 및 랜덤 액세스 메모리 (즉, RAM)와 같은 메모리 레이아웃은 시스템 고려사항이다. 예를 들어, 소형 컴퓨터 시스템은 저렴하고 빠른 프로세서와 대용량 메모리 및 저장 기능을 제공한다. 일부 실시양태에서는 그래픽 처리 장치 (GPU)가 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 계산 방법을 수행하기 위한 하드웨어 플랫폼은 하나 이상의 프로세서를 갖춘 하나 이상의 컴퓨터 시스템을 포함한다. 일부 실시양태에서, 소형 컴퓨터가 함께 클러스터링되어 슈퍼컴퓨터 네트워크를 생성한다.In some embodiments, the hardware platform for providing the computational environment includes a processor (i.e., CPU), where processor time and memory layout, such as random access memory (i.e., RAM), are system considerations. For example, small computer systems offer inexpensive, fast processors and large memory and storage capabilities. In some embodiments, a graphics processing unit (GPU) may be used. In some embodiments, a hardware platform for performing the computational methods described herein includes one or more computer systems equipped with one or more processors. In some embodiments, small computers are clustered together to create a supercomputer network.
일부 실시양태에서, 본원에 설명된 계산 방법은 다양한 운영 체제를 조정된 방식으로 실행할 수 있는 상호 연결된 또는 내부 연결된 컴퓨터 시스템 (즉, 그리드 기술)의 집합체에서 수행된다. 예를 들어, CONDOR 프레임워크 (University of Wisconsin-Madison)와 United Devices를 통해 제공되는 시스템은 대량의 데이터를 처리할 목적으로 여러 독립형 컴퓨터 시스템을 조정한 예이다. 이러한 시스템은 직렬 또는 병렬 구성으로 클러스터에서 대규모 서열 분석 작업을 제출, 모니터링 및 관리하기 위한 Perl 인터페이스를 제공할 수 있다.In some embodiments, the computational methods described herein are performed on a collection of interconnected or interconnected computer systems capable of running various operating systems in a coordinated manner (i.e., grid technology). For example, the CONDOR framework (University of Wisconsin-Madison) and systems available through United Devices are examples of the coordination of multiple stand-alone computer systems for the purpose of processing large amounts of data. These systems can provide a Perl interface for submitting, monitoring, and managing large-scale sequencing jobs on a cluster in a serial or parallel configuration.
정의Justice
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 기술 및 과학 용어는 본 개시가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 예를 들어, Singleton 등, Dictionary of Microbiology and Molecular Biology 2nd ed., J. Wiley & Sons (New York, NY 1994); Sambrook 등, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press (Cold Spring Harbor, NY 1989)를 참조. 본 개시내용의 목적을 위해, 다음 용어들이 아래에 정의된다.Unless otherwise defined, technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which this disclosure pertains. See, for example, Singleton et al., Dictionary of Microbiology and Molecular Biology 2nd ed., J. Wiley & Sons (New York, NY 1994); See Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press (Cold Spring Harbor, NY 1989). For the purposes of this disclosure, the following terms are defined below.
본원에 사용된 "뉴클레오티드"는 질소 함유 헤테로사이클릭 염기, 당, 및 하나 이상의 인산염기 기를 포함한다. 뉴클레오티드는 핵산 서열의 단량체 단위이다. 뉴클레오티드의 예에는 예를 들어 리보뉴클레오티드 또는 데옥시리보뉴클레오티드가 포함된다. 리보뉴클레오티드 (RNA)에서 당은 리보스이고, 데옥시리보뉴클레오티드 (DNA)에서 당은 데옥시리보스, 즉 리보스의 2' 위치에 존재하는 하이드록실 기가 없는 당이다. 질소 함유 헤테로사이클릭 염기는 퓨린 염기 또는 피리미딘 염기일 수 있다. 퓨린 염기에는 아데닌 (A) 및 구아닌 (G), 및 이들의 변형된 유도체 또는 유사체가 포함된다. 피리미딘 염기에는 시토신 (C), 티민 (T), 및 우라실 (U) 및 이들의 변형된 유도체 또는 유사체가 포함된다. 데옥시리보스의 C-1 원자는 피리미딘의 N-1 또는 퓨린의 N-9에 결합되어 있다. 인산염 기는 모노-, 디- 또는 트리-인산염 형태일 수 있다. 이들 뉴클레오티드는 천연 뉴클레오티드일 수 있지만, 비천연 뉴클레오티드, 변형된 뉴클레오티드 또는 전술한 뉴클레오티드의 유사체도 사용될 수 있음이 추가로 이해되어야 한다.As used herein, “nucleotide” includes a nitrogen-containing heterocyclic base, a sugar, and one or more phosphate groups. Nucleotides are the monomeric units of nucleic acid sequences. Examples of nucleotides include, for example, ribonucleotides or deoxyribonucleotides. In ribonucleotides (RNA) the sugar is ribose, and in deoxyribonucleotides (DNA) the sugar is deoxyribose, that is, a sugar without the hydroxyl group present at the 2' position of the ribose. The nitrogen-containing heterocyclic base can be a purine base or a pyrimidine base. Purine bases include adenine (A) and guanine (G), and modified derivatives or analogs thereof. Pyrimidine bases include cytosine (C), thymine (T), and uracil (U) and their modified derivatives or analogs. The C-1 atom of deoxyribose is bonded to N-1 of pyrimidine or N-9 of purine. The phosphate group may be in mono-, di- or tri-phosphate form. These nucleotides may be natural nucleotides, but it should be further understood that non-natural nucleotides, modified nucleotides or analogs of the foregoing nucleotides may also be used.
본원에 사용된 "핵염기"는 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민, 우라실, 이노신, 잔틴, 하이포잔틴, 또는 이의 헤테로사이클릭 유도체, 유사체, 또는 호변이성체와 같은 헤테로사이클릭 염기이다. 핵염기는 자연적으로 발생하거나 합성될 수 있다. 핵염기의 비제한적 예는 아데닌, 구아닌, 티민, 시토신, 우라실, 잔틴, 하이포잔틴, 8-아자퓨린, 8 위치에서 메틸 또는 브롬으로 치환된 퓨린, 9-옥소-N6-메틸아데닌, 2-아미노아데닌, 7-데아자잔틴, 7-데아자구아닌, 7-데아자-아데닌, N4-에타노시토신, 2,6- 디아미노퓨린, N6-에타노-2,6-디아미노퓨린, 5-메틸시토신, 5-(C3-C6)-알키닐시토신, 5-플루오로우라실, 5-브로모우라실, 티오우라실, 슈도이소시토신, 2-하이드록시-5-메틸-4-트리아졸로피리딘, 이소시토신, 이소구아닌, 이노신, 7,8-디메틸알록사진, 6-디하이드로티민, 5,6-디하이드로우라실, 4-메틸-인돌, 에테노아데닌, 및 모두 본원에 그 전체가 참조로 포함하는, 미국 특허 번호 5,432,272 및 6,150,510 및 PCT 출원 WO 92/002258, WO 93/10820, WO 94/22892, 및 WO 94/24144, 및 Fasman ("Practical Handbook of Biochemistry and Molecular Biology", pp.385-394, 1989, CRC Press, Boca Raton, LO)에 설명된 비천연 발생 핵염기이다.As used herein, “nucleobase” is a heterocyclic base such as adenine, guanine, cytosine, thymine, uracil, inosine, xanthine, hypoxanthine, or a heterocyclic derivative, analog, or tautomer thereof. Nucleobases can occur naturally or be synthesized. Non-limiting examples of nucleobases include adenine, guanine, thymine, cytosine, uracil, xanthine, hypoxanthine, 8-azapurine, purine substituted at the 8 position with methyl or bromine, 9-oxo-N6-methyladenine, 2-amino. Adenine, 7-deazaxanthin, 7-deazaguanine, 7-deaza-adenine, N4-ethanocytosine, 2,6-diaminopurine, N6-ethano-2,6-diaminopurine, 5- Methylcytosine, 5-(C3-C6)-alkynylcytosine, 5-fluorouracil, 5-bromouracil, thiouracil, pseudoisocytosine, 2-hydroxy-5-methyl-4-triazolopyridine, iso cytosine, isoguanine, inosine, 7,8-dimethylalloxazine, 6-dihydrothymine, 5,6-dihydrouracil, 4-methyl-indole, ethenoadenine, and all incorporated herein by reference in their entirety. , U.S. Patent Nos. 5,432,272 and 6,150,510 and PCT Applications WO 92/002258, WO 93/10820, WO 94/22892, and WO 94/24144, and Fasman ("Practical Handbook of Biochemistry and Molecular Biology", pp.385-394, 1989, CRC Press, Boca Raton, LO).
"핵산" 또는 "폴리뉴클레오티드"라는 용어는 단일 또는 이중 가닥 형태의 데옥시리보뉴클레오티드 또는 리보뉴클레오티드 폴리머를 지칭하며, 달리 제한되지 않는 한, 자연 발생 뉴클레오티드와 유사한 방식으로 핵산에 혼성화되는 천연 뉴클레오티드의 공지된 유사체, 예컨대 펩티드 핵산 (PNA) 및 포스포로티오에이트 DNA를 포함한다. 달리 명시되지 않는 한, 특정 핵산 서열은 그의 상보적 서열을 포함한다. 뉴클레오티드에는 ATP, dATP, CTP, dCTP, GTP, dGTP, UTP, TTP, dUTP, 5-메틸-CTP, 5-메틸-dCTP, ITP, dITP, 2-아미노-아데노신-TP, 2-아미노-데옥시아데노신-TP, 2-티오티미딘 삼인산염, 피롤로-피리미딘 삼인산염, 및 2-티오시티딘뿐만 아니라 위의 모든 염기에 대한 알파티오삼인산염, 및 위의 모든 염기에 대한 2'-O-메틸-리보뉴클레오티드 삼인산염이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다. 변형된 염기에는 5-Br-UTP, 5-Br-dUTP, 5-F-UTP, 5-F-dUTP, 5-프로피닐 dCTP, 및 5-프로피닐-dUTP가 포함되지만 이에 국한되지는 않는다.The term "nucleic acid" or "polynucleotide" refers to a polymer of deoxyribonucleotides or ribonucleotides in single or double stranded form and, unless otherwise limited, known natural nucleotides that hybridize to nucleic acids in a manner similar to naturally occurring nucleotides. analogs such as peptide nucleic acids (PNAs) and phosphorothioate DNA. Unless otherwise specified, a particular nucleic acid sequence includes its complementary sequence. Nucleotides include ATP, dATP, CTP, dCTP, GTP, dGTP, UTP, TTP, dUTP, 5-methyl-CTP, 5-methyl-dCTP, ITP, dITP, 2-amino-adenosine-TP, 2-amino-deoxy Adenosine-TP, 2-thiotimidine triphosphate, pyrrolo-pyrimidine triphosphate, and 2-thiocitidine, as well as alpha-thiothiotriphosphate for all of the above bases, and 2'-O for all of the above. -Methyl-ribonucleotide triphosphate. Modified bases include, but are not limited to, 5-Br-UTP, 5-Br-dUTP, 5-F-UTP, 5-F-dUTP, 5-propynyl dCTP, and 5-propynyl-dUTP.
사용되는 중합효소는 일반적으로 3'-OH, 5'-삼인산염 뉴클레오티드, 올리고머, 및 그의 유사체를 결합하는 효소이다. 중합효소에는 DNA-의존적 DNA 중합효소, DNA-의존적 RNA 중합효소, RNA-의존적 DNA 중합효소, RNA-의존적 RNA 중합효소, T7 DNA 중합효소, T3 DNA 중합효소, T4 DNA 중합효소, T7 RNA 중합효소, T3 RNA 중합효소, SP6 RNA 중합효소, DNA 중합효소 I, Klenow 단편, Thermophilus aquaticus DNA 중합효소, Tth DNA 중합효소, VentR® DNA 중합효소 (New England Biolabs), Deep VentR® DNA 중합효소 (New England Biolabs), Bst DNA 중합효소 대형 단편, Stoeffel 단편, 90N DNA 중합효소, 90N DNA 중합효소, Pfu DNA 중합효소, TfI DNA 중합효소, Tth DNA 중합효소, RepliPHI Phi29 중합효소, TIi DNA 중합효소, 진핵생물 DNA 중합효소 베타, 텔로머라아제, Therminator™ 중합효소 (New England Biolabs), KOD HiFi™ DNA 중합효소 (Novagen), KOD1 DNA 중합효소, Q-베타 복제효소, 말단 전달효소, AMV 역전사효소, M-MLV 역전사효소, Phi6 역전사효소, HIV-1 역전사효소, 생물탐사를 통해 발견된 신규 중합효소, 및 US 2007/0048748, US 6,329,178, US 6,602,695, 및 US 6,395,524 (참조로 포함됨)에 인용된 중합효소를 포함하나 이에 국한되지 않는다. 이러한 중합효소에는 야생형, 돌연변이 동형체 및 유전적으로 조작된 변이체가 포함된다. "인코딩" 또는 "파싱(parse)"은 한 형식에서 다른 형식으로 전달하는 것을 지칭하는 동사로, 대상 주형 염기 서열의 유전 정보를 리포터 배열로 전달하는 것을 지칭한다.The polymerases used are generally enzymes that combine 3'-OH, 5'-triphosphate nucleotides, oligomers, and their analogs. Polymerases include DNA-dependent DNA polymerase, DNA-dependent RNA polymerase, RNA-dependent DNA polymerase, RNA-dependent RNA polymerase, T7 DNA polymerase, T3 DNA polymerase, T4 DNA polymerase, and T7 RNA polymerase. , T3 RNA polymerase, SP6 RNA polymerase, DNA polymerase I, Klenow fragment, Thermophilus aquaticus DNA polymerase, Tth DNA polymerase, VentR® DNA polymerase (New England Biolabs), Deep VentR® DNA polymerase (New England Biolabs), Bst DNA polymerase large fragment, Stoeffel fragment, 90N DNA polymerase, 90N DNA polymerase, Pfu DNA polymerase, TfI DNA polymerase, Tth DNA polymerase, RepliPHI Phi29 polymerase, TIi DNA polymerase, eukaryotes DNA polymerase beta, telomerase, Therminator™ polymerase (New England Biolabs), KOD HiFi™ DNA polymerase (Novagen), KOD1 DNA polymerase, Q-beta replicase, terminal transferase, AMV reverse transcriptase, M- MLV reverse transcriptase, Phi6 reverse transcriptase, HIV-1 reverse transcriptase, novel polymerases discovered through bioprospecting, and polymerases cited in US 2007/0048748, US 6,329,178, US 6,602,695, and US 6,395,524 (incorporated by reference) Including but not limited to this. These polymerases include wild type, mutant isoforms, and genetically engineered variants. “Encoding” or “parse” is a verb that refers to transferring from one format to another, and refers to transferring the genetic information of a target template sequence to a reporter array.
본 명세서에 사용된 용어 "웰", "공동" 및 "챔버"는 동의어로 사용되며 유체 (예를 들어, 액체, 겔, 가스)를 함유할 수 있는 장치에 정의된 개별 특징을 지칭한다. 본 장치의 어레이의 예는 하나 또는 다수의 웰을 가질 수 있다. 또한, 웰을 적어도 부분적으로 정의하는 기판의 표면에 평행하게 취해진 웰의 단면은 곡선형, 정사각형, 다각형, 쌍곡선형, 원추형, 각진형 등일 수 있음을 이해해야 한다.As used herein, the terms “well,” “cavity,” and “chamber” are used synonymously and refer to individual features defined in a device that can contain a fluid (e.g., liquid, gel, gas). Examples of arrays of the present device may have one or multiple wells. Additionally, it should be understood that the cross-section of the well taken parallel to the surface of the substrate that at least partially defines the well may be curved, square, polygonal, hyperbolic, conical, angled, or the like.
"광원"은 전자기 스펙트럼을 따라 에너지를 방출할 수 있는 모든 장치일 수 있다. 광원은 가시광선 (VIS), 자외선 (UV) 및/또는 적외선 (IR)의 광원일 수 있다. "가시광선" (VIS)은 일반적으로 약 400 nm 내지 약 750 nm의 파장을 갖는 전자기 방사선 대역을 지칭한다. "자외선 (UV) 광"은 일반적으로 가시광선보다 짧은 파장, 또는 약 10 nm 내지 약 400 nm 범위의 전자기 방사선을 지칭한다. "적외선" 또는 적외선 복사 (IR)는 일반적으로 VIS 범위보다 큰 파장, 또는 약 750 nm 내지 약 50,000 nm의 파장을 갖는 전자기 복사를 지칭한다. 광원은 전체 스펙트럼 빛을 제공할 수도 있다. 광원은 선택된 파장 또는 파장 범위에서 빛을 출력할 수 있다. 본 발명의 일부 실시양태에서, 광원은 미리 결정된 파장 위 또는 아래의 빛을 제공하도록 구성될 수 있거나 미리 결정된 범위 내의 빛을 제공할 수 있다. 광원은 광원으로부터 선택된 파장의 빛을 선택적으로 투과하거나 차단하기 위해 필터와 함께 사용될 수 있다. 광원은 하나 이상의 전기 커넥터에 의해 전원에 연결될 수 있고; 광원 어레이는 전원에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 전원은 배터리, 또는 차량 전기 시스템 또는 건물 전기 시스템일 수 있다. 광원은 제어 전자 장치 (제어 회로)를 통해 전원에 연결될 수 있고; 제어 전자 장치는 하나 이상의 스위치를 포함할 수 있다. 하나 이상의 스위치는 자동화되거나 센서, 타이머 또는 기타 입력에 의해 제어될 수 있거나 사용자 또는 이들의 조합에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 UV 광원을 켜기 위해 스위치를 조작할 수 있다; 광원은 꺼질 때까지 지속적으로 적용되거나 꺼질 때까지 펄스 (반복적인 켜기/끄기 주기)일 수 있다. 일부 실시양태에서, 광원은 연속 켜짐 상태에서 펄스 상태로 전환되거나 그 반대로 전환될 수 있다. 일부 실시양태에서, 광원은 시간이 지남에 따라 밝아지거나 어두워지도록 구성될 수 있다.A “light source” can be any device capable of emitting energy along the electromagnetic spectrum. The light source may be visible (VIS), ultraviolet (UV), and/or infrared (IR). “Visible light” (VIS) generally refers to the band of electromagnetic radiation with a wavelength of about 400 nm to about 750 nm. “Ultraviolet (UV) light” generally refers to electromagnetic radiation with wavelengths shorter than visible light, or in the range of about 10 nm to about 400 nm. “Infrared” or infrared radiation (IR) generally refers to electromagnetic radiation having a wavelength greater than the visible range, or from about 750 nm to about 50,000 nm. The light source may provide full spectrum light. The light source can output light at a selected wavelength or range of wavelengths. In some embodiments of the invention, the light source may be configured to provide light above or below a predetermined wavelength or may provide light within a predetermined range. A light source may be used with a filter to selectively transmit or block light of selected wavelengths from the light source. The light source may be connected to a power source by one or more electrical connectors; The light source array may be connected in series or parallel to a power source. The power source may be a battery, a vehicle electrical system, or a building electrical system. The light source may be connected to a power source via control electronics (control circuit); The control electronics may include one or more switches. One or more switches may be automated, controlled by sensors, timers, or other inputs, or controlled by a user or a combination thereof. For example, a user can operate a switch to turn on a UV light source; The light source can be applied continuously until turned off or pulsed (repeated on/off cycles) until turned off. In some embodiments, the light source can be switched from a continuously on state to a pulsed state or vice versa. In some embodiments, a light source can be configured to brighten or dim over time.
작동을 위해 광원은 샘플을 조명하기에 충분한 전력을 제공할 수 있는 전원에 연결될 수 있다. 제어 전자 장치는 사용자 입력 또는 기타 입력에 따라 전원을 켜거나 끄는 데 사용될 수 있으며, 전력을 적절한 수준으로 조절하는 데에도 사용될 수 있다 (예를 들어, 출력 조명의 밝기 제어). 제어 전자 장치는 원하는 대로 광원을 켜고 끄도록 구성될 수 있다. 제어 전자 장치에는 광원의 수동, 자동 또는 반자동 작동을 위한 스위치가 포함될 수 있다. 하나 이상의 스위치는 예를 들어 트랜지스터, 중계기, 또는 전기 기계 스위치일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제어 회로는 전압원으로부터의 전압을 광원에 대한 적절한 전압으로 변환하기 위한 AC-DC 및/또는 DC-DC 변환기를 더 포함할 수 있다. 제어 회로는 전압 조절을 위한 DC-DC 조정기를 포함할 수 있다. 제어 회로는 입력 수신 후 고정된 기간 동안 광학 필터에 전압을 인가하기 위한 타이머 및/또는 다른 회로 소자를 더 포함할 수 있다. 스위치는 미리 결정된 조건이나 타이머에 따라 수동 또는 자동으로 활성화될 수 있다. 예를 들어, 제어 전자 장치는 사용자 입력, 저장된 명령 등과 같은 정보를 처리할 수 있다.For operation, the light source can be connected to a power source capable of providing sufficient power to illuminate the sample. Control electronics may be used to turn the power on or off based on user input or other input, and may also be used to regulate the power to an appropriate level (e.g., to control the brightness of the output light). Control electronics may be configured to turn the light source on and off as desired. The control electronics may include switches for manual, automatic or semi-automatic operation of the light source. The one or more switches may be, for example, transistors, repeaters, or electromechanical switches. In some embodiments, the control circuit may further include an AC-DC and/or DC-DC converter to convert the voltage from the voltage source to an appropriate voltage for the light source. The control circuit may include a DC-DC regulator for voltage regulation. The control circuit may further include a timer and/or other circuit elements for applying a voltage to the optical filter for a fixed period of time after receiving the input. Switches can be activated manually or automatically according to predetermined conditions or timers. For example, control electronics may process information such as user input, stored commands, etc.
복수의 광원 중 하나 이상이 제공될 수 있다. 일부 실시양태에서, 복수의 광원 각각은 동일할 수 있다. 대안적으로, 광원 중 하나 이상이 상이할 수 있다. 광원에 의해 방출되는 빛의 광 특성은 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 복수의 광원은 독립적으로 제어될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 광원의 켜짐 또는 꺼짐 여부, 광원의 밝기, 빛의 파장, 빛의 강도, 조명 각도, 광원의 위치, 또는 이들의 조합을 포함하되 이에 국한되지 않는 광원의 하나 이상의 특성은 제어되거나 제어되지 않을 수 있다.One or more of a plurality of light sources may be provided. In some embodiments, each of the plurality of light sources can be the same. Alternatively, one or more of the light sources may be different. The optical characteristics of the light emitted by the light source may be the same or different. The plurality of light sources may or may not be independently controlled. One or more characteristics of the light source may or may not be controlled, including but not limited to whether the light source is turned on or off, the brightness of the light source, the wavelength of the light, the intensity of the light, the angle of illumination, the location of the light source, or a combination thereof. .
일부 실시양태에서, 광원으로부터의 광 출력은 약 350 nm 내지 약 750 nm, 또는 그 사이의 임의의 양 또는 범위, 예를 들어 약 350 nm 내지 약 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430 또는 약 450 nm, 또는 그 사이의 임의의 양 또는 범위일 수 있다. 다른 실시양태에서, 광원으로부터의 빛은 약 550 내지 약 700 nm, 또는 그 사이의 임의의 양 또는 범위, 예를 들어 약 550 내지 약 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690 또는 약 700 nm, 또는 그 사이의 임의의 양 또는 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 광원에 의해 생성된 빛의 파장은 예를 들어 400 nm 내지 800 nm 범위로 다양할 수 있다. 일부 실시양태에서, 광원에 의해 생성된 빛의 파장은 약 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, 800 nm, 또는 이 값들 중 두 값 사이의 수 또는 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 광원에 의해 생성된 빛의 파장은 적어도 또는 최대 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, 또는 800 nm일 수 있다. 광원은 모든 스펙트럼의 전자기파를 방출할 수 있다. 일부 실시양태에서, 광원은 10 nm와 100 μm 사이에 해당하는 파장을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 빛의 파장은 100 nm 내지 5000 nm, 300 nm 내지 1000 nm, 또는 400 nm 내지 800 nm 사이에 속할 수 있다. 일부 실시양태에서, 빛의 파장은 10 nm, 100 nm, 200 nm, 300 nm, 400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, 1000 nm, 1100 nm, 1200 nm, 1300 nm, 1500 nm, 1750 nm, 2000 nm, 2500 nm, 3000 nm, 4000 nm, 또는 5000 nm미만이고/거나 같을 수 있다.In some embodiments, the light output from the light source is from about 350 nm to about 750 nm, or any amount or range in between, for example from about 350 nm to about 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420. , 430 or about 450 nm, or any amount or range in between. In other embodiments, the light from the light source is between about 550 and about 700 nm, or any amount or range in between, such as about 550 to about 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, It may be 640, 650, 660, 670, 680, 690 or about 700 nm, or any amount or range in between. In some embodiments, the wavelength of light produced by the light source may vary, for example in the range of 400 nm to 800 nm. In some embodiments, the wavelength of light produced by the light source is about 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570. , 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, 800 nm, or It can be a number or a range between two of the values. In some embodiments, the wavelength of light produced by the light source is at least or at most 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560. , 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, or 800 nm It can be. Light sources can emit electromagnetic waves of any spectrum. In some embodiments, the light source can have a wavelength that falls between 10 nm and 100 μm. In some embodiments, the wavelength of light may fall between 100 nm and 5000 nm, 300 nm and 1000 nm, or 400 nm and 800 nm. In some embodiments, the wavelength of light is 10 nm, 100 nm, 200 nm, 300 nm, 400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, 1000 nm, 1100 nm, 1200 nm, 1300 nm. , may be less than and/or equal to 1500 nm, 1750 nm, 2000 nm, 2500 nm, 3000 nm, 4000 nm, or 5000 nm.
일례에서, 광원은 발광 다이오드 (LED) (예를 들어, 갈륨 비소 (GaAs) LED, 알루미늄 갈륨 비소 (AlGaAs) LED, 갈륨 비소 인화물 (GaAsP) LED, 알루미늄 갈륨 인듐 인화물 (AlGaInP)) LED, 갈륨(III) 인화물 (GaP) LED, 인듐 갈륨 질화물 (InGaN)/갈륨(III) 질화물 (GaN) LED, 또는 알루미늄 갈륨 인화물 (AlGaP) LED)일 수 있다. 다른 예에서, 광원은 레이저, 예를 들어 수직 공동 표면 방출 레이저 (Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL) 또는 인듐-갈륨-알루미늄-인화물 (InGaAIP) 레이저, 갈륨-비소 인화물/갈륨 인화물 (GaAsP/GaP) 레이저, 또는 갈륨-알루미늄-비화물/갈륨-알루미늄-비화물 (GaAIAs/GaAs) 레이저와 같은 다른 적절한 발광기일 수 있다. 광원의 다른 예는 전자 자극 광원 (예를 들어, 음극선 발광, 전자 자극 발광 (ESL 전구), 음극선관 (CRT 모니터), 닉시관), 백열등 광원 (예를 들어, 탄소 버튼 램프, 기존 백열전구, 할로겐 램프, Globar, Nernst 램프), 전기발광 (EL) 광원 (예를 들어, 발광 다이오드 - 유기 발광 다이오드, 폴리머 발광 다이오드, 고체 조명, LED 램프, 전자발광 시트 전자발광 와이어), 가스 방전 광원 (예를 들어, 형광등, 유도 조명, 중공 음극관 램프, 네온 및 아르곤 램프, 플라즈마 램프, 제논 플래시 램프), 또는 고강도 방전 광원 (예를 들어, 탄소 아크 램프, 세라믹 방전 금속 할라이드 램프, 수은 매질 아크 요오드화물 램프, 수은 증기 램프, 금속 할라이드 램프, 나트륨 증기 램프, 제논 아크 램프)를 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 대안적으로, 광원은 생물발광, 화학발광, 인광 또는 형광 광원일 수 있다.In one example, the light source is a light emitting diode (LED) (e.g., gallium arsenide (GaAs) LED, aluminum gallium arsenide (AlGaAs) LED, gallium arsenide phosphide (GaAsP) LED, aluminum gallium indium phosphide (AlGaInP)) LED, gallium ( III) phosphide (GaP) LED, indium gallium nitride (InGaN)/gallium(III) nitride (GaN) LED, or aluminum gallium phosphide (AlGaP) LED). In another example, the light source is a laser, such as a Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) or Indium-Gallium-Aluminum-Phosphide (InGaAIP) laser, Gallium-Arsenic Phosphide/Gallium Phosphide (GaAsP/GaP) It may be a laser, or another suitable emitter such as a gallium-aluminum-arsenide/gallium-aluminum-arsenide (GaAIAs/GaAs) laser. Other examples of light sources include electrostimulated light sources (e.g., cathode ray light, electrostimulated light (ESL bulbs), cathode ray tubes (CRT monitors), nixie tubes), incandescent light sources (e.g., carbon button lamps, conventional incandescent light bulbs, Halogen lamps, Globar, Nernst lamps), electroluminescent (EL) light sources (e.g. light-emitting diodes - organic light-emitting diodes, polymer light-emitting diodes, solid-state lights, LED lamps, electroluminescent sheets, electroluminescent wires), gas discharge light sources (e.g. For example, fluorescent lamps, induction lamps, hollow cathode lamps, neon and argon lamps, plasma lamps, xenon flash lamps), or high intensity discharge light sources (for example, carbon arc lamps, ceramic discharge metal halide lamps, mercury medium arc iodide lamps) , mercury vapor lamp, metal halide lamp, sodium vapor lamp, xenon arc lamp). Alternatively, the light source may be bioluminescent, chemiluminescent, phosphorescent, or fluorescent.
광학 필터는 투명도 또는 헤이즈, 반투명도, 투명도 또는 불투명도, 광 투과율 (LT), 스위칭 속도, 내구성, 광안정성, 명암비, 광 투과 상태 (예를 들어, 어두운 상태 또는 밝은 상태) 측면에서 조정될 수 있다. "빛 투과율" (LT)은 광학 필터, 또는 이를 포함하는 장치 또는 기구를 투과하거나 통과하는 빛의 양을 지칭한다. LT는 광 투과율 및/또는 특정 유형의 빛 또는 광 파장의 변화 (예를 들어, 약 10% 가시광선 투과율 (LT) 내지 약 90% LT, 등)와 관련하여 표현될 수 있다. LT는 대안적으로 흡광도로 표현될 수 있으며 선택적으로 흡수되는 하나 이상의 파장에 대한 참조를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에 따르면, 광학 필터는 하나의 상태에서 80% 미만, 또는 70% 미만, 또는 60% 미만, 또는 50% 미만, 또는 40% 미만, 또는 30% 미만, 또는 20% 미만, 또는 10% 미만, 또는 그 사이의 양 또는 범위의 LT를 갖도록 선택되거나 구성될 수 있다. 일부 실시양태에 따르면, 광학 필터는 다른 상태에서 80% 초과, 또는 70% 초과, 또는 60% 초과, 또는 50% 초과, 또는 40% 초과, 또는 30% 초과, 또는 20% 초과, 또는 10% 초과, 또는 그 사이의 양 또는 범위의 LT를 갖도록 선택되거나 구성될 수 있다.Optical filters can be tuned in terms of transparency or haze, translucency, transparency or opacity, light transmission (LT), switching speed, durability, photostability, contrast ratio, and light transmission state (e.g., dark or light). “Light Transmission” (LT) refers to the amount of light that transmits or passes through an optical filter, or a device or apparatus containing the same. LT can be expressed in terms of light transmission and/or a change in a particular type of light or wavelength of light (e.g., from about 10% visible light transmittance (LT) to about 90% LT, etc.). LT may alternatively be expressed as absorbance and may include reference to one or more wavelengths that are selectively absorbed. According to some embodiments, the optical filter has less than 80%, or less than 70%, or less than 60%, or less than 50%, or less than 40%, or less than 30%, or less than 20%, or less than 10% in one state. It may be selected or configured to have an LT of less than or an amount or range in between. According to some embodiments, the optical filter has greater than 80%, or greater than 70%, or greater than 60%, or greater than 50%, or greater than 40%, or greater than 30%, or greater than 20%, or greater than 10% in other states. , or an amount or range in between.
필터는 대역 통과 필터일 수 있으며 400 nm 내지 800 nm 범위의 다양한 파장의 피크 투과율을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 피크 투과율은 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, 800 nm, 또는 이 값들 중 임의의 두 값 사이의 수 또는 범위일 수 있거나 대략 이들 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, 피크 투과율은 적어도 또는 최대 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, 또는 800 nm일 수 있다. 필터의 투과창 폭은 예를 들어 1 nm 내지 50 nm까지 다양할 수 있다. 일부 실시양태에서, 필터의 폭은1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50 nm, 또는 이 값들 중 임의의 두 값 사이의 수 또는 범위일 수 있거나, 대략 이들 값일 수 다. 일부 실시양태에서, 필터의 폭은 적어도 또는 최대 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 또는 50 nm일 수 있다. 숏패스 필터는 투과 창의 하한이 0 nm에 가까운 특수 대역 통과 필터로 간주될 수 있다. 롱패스 필터는 투과 창의 상한이 무한대에 가까운 특수한 대역 통과 필터로 간주될 수 있다. 대역 저지 필터는 일부 대역 통과 필터를 보완하는 것으로 정의될 수 있다.The filter may be a bandpass filter and may have a peak transmittance of various wavelengths ranging from 400 nm to 800 nm. In some embodiments, the peak transmittance is 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, 800 nm, or between any two of these values. It may be a number or range of or approximately these values. In some embodiments, the peak transmittance is at least or at most 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590 , 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, or 800 nm. The transmission window width of the filter may vary, for example from 1 nm to 50 nm. In some embodiments, the width of the filter is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50 nm, or a number between any two of these values. It can be a range, or it can be approximately these values. In some embodiments, the width of the filter can be at least or at most 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, or 50 nm. Short-pass filters can be considered special band-pass filters with a lower limit of the transmission window close to 0 nm. A longpass filter can be considered a special bandpass filter whose upper transmission window is close to infinity. A bandstop filter can be defined as a complement to some bandpass filters.
뉴클레오시드와 뉴클레오티드는 당 또는 핵염기의 부위에 표지될 수 있다. 염료는 예를 들어 링커를 통해 뉴클레오티드 염기의 임의 위치에 부착될 수 있다. 특정 실시양태에서, 생성된 유사체에 대해 왓슨-크릭 염기쌍 형성이 여전히 수행될 수 있다. 특정 핵염기 표지 부위에는 피리미딘 염기의 C5 위치 또는 7-데아자 퓨린 염기의 C7 위치가 포함된다. 링커 기는 염료를 뉴클레오시드 또는 뉴클레오티드에 공유적으로 부착하는 데 사용될 수 있다.Nucleosides and nucleotides may be labeled at the sugar or nucleobase sites. The dye may be attached to any position of the nucleotide base, for example via a linker. In certain embodiments, Watson-Crick base pairing can still be performed on the resulting analogs. Specific nucleobase labeling sites include the C5 position of a pyrimidine base or the C7 position of a 7-deaza purine base. Linker groups can be used to covalently attach dyes to nucleosides or nucleotides.
본원에 사용된 용어 "공유적으로 부착된" 또는 "공유 결합된"은 원자 사이에 전자쌍을 공유하는 것을 특징으로 하는 화학적 결합의 형성을 지칭한다. 예를 들어, 공유적으로 부착된 폴리머 코팅은 다른 수단, 예를 들어 접착 또는 정전기 상호작용을 통한 표면에 대한 부착과 비교하여 기판의 기능화된 표면과 화학적 결합을 형성하는 폴리머 코팅을 지칭한다. 표면에 공유적으로 부착된 폴리머는 공유 부착 이외에 수단을 통해서도 결합될 수 있음이 이해될 것이다.As used herein, the term “covalently attached” or “covalently bonded” refers to the formation of a chemical bond characterized by the sharing of electron pairs between atoms. For example, a covalently attached polymer coating refers to a polymer coating that forms a chemical bond with the functionalized surface of a substrate as compared to attachment to the surface through other means, such as adhesive or electrostatic interactions. It will be appreciated that polymers covalently attached to a surface may be bonded through means other than covalent attachment.
뉴클레오티드 유사체는 링커를 통해 광검출 가능한 표지에 부착되거나 회합되어 검출 가능한 신호를 제공할 수 있다. 일부 실시양태에서, 광검출 가능한 표지는 소분자 형광 표지와 같은 형광 화합물이다. 형광 표지로 적합한 형광 분자 (형광단)에는 1,5 IAEDANS; 1,8-ANS; 4-메틸움벨리페론; 5-카르복시-2,7-디클로로플루오레세인; 5-카르복시플루오레세인 (5-FAM); 플루오레세인 아미다이트 (FAM); 5-카르복시나프토플루오레세인; 테트라클로로-6-카르복시플루오레세인 (TET); 헥사클로로-6-카르복시플루오레세인 (HEX); 2,7-디메톡시-4,5-디클로로-6-카르복시플루오레세인 (JOE); VIC®; NED™; 테트라메틸로다민 (TMR); 5-카르복시테트라메틸로다민 (5-TAMRA); 5-HAT (하이드록시 트립타민); 5-하이드록시 트립타민 (HAT); 5-ROX (카르복시-X-로다민); 6-카르복시로다민 6G; 6-JOE; Light Cycler® 레드 610; Light Cycler® 레드 640; Light Cycler® 레드 670; Light Cycler® 레드 705; 7-아미노-4-메틸쿠마린; 7-아미노악티노마이신 D (7-AAD); 7-하이드록시-4-메틸쿠마린; 9-아미노-6-클로로-2-메톡시아크리딘; 6-메톡시-N-(4-아미노알킬)퀴놀리늄 브로마이드 하이드로클로라이드 (ABQ); 산성 푹신; ACMA (9-아미노-6-클로로-2-메톡시아크리딘); 아크리딘 오렌지; 아크리딘 레드; 아크리딘 옐로우; 아크리플라빈; 아크리플라빈 포일겐 SITSA; AFPs-자동형광단백질-(Quantum Biotechnologies); 텍사스 레드; 텍사스 레드-X 접합체; 티아디카르보시아닌 (DiSC3); 티아진 레드 R; 티아졸 오렌지; 티오플라빈 5; 티오플라빈 S; 티오플라빈 TCN; 티올라이트; 티오졸 오렌지; 티노폴 CBS (Calcofluor White); TMR; TO-PRO-1; TO-PRO-3; TO-PRO-5; TOTO-1; TOTO-3; TriColor (PE-Cy5); TRITC (테트라메틸로다민-이소티오시아네이트); 트루 블루; 트루레드; 울트라라이트; 우라닌 B; 유비텍스 SFC; WW 781; X-로다민; X-로다민-5-(및-6)-이소티오시아네이트 (5(6)-XRITC); 자일렌 오렌지; Y66F; Y66H; Y66W; YO-PRO-1; YO-PRO-3; YOYO-1; YOYO-3, Sybr Green, 티아졸 오렌지와 같은 인터킬레이팅 염료; 넓은 스펙트럼을 포괄하고 일반적인 여기 공급원의 주요 출력 파장과 일치하는 Alexa Fluor® 염료 시리즈 (Molecular Probes/Invitrogen 제) 구성원, 예컨대 Alexa Fluor 350, Alexa Fluor 405, 430, 488, 500, 514, 532, 546, 555, 568, 594, 610, 633, 635, 647, 660, 680, 700, 및 750; 넓은 스펙트럼을 포괄하는 Cy Dye 형광단 시리즈 (GE Healthcare)의 구성원, 예컨대 Cy3, Cy3B, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7; Oyster® 염료 형광단 (Denovo Biolabels)의 구성원, 예컨대 Oyster-500, -550, -556, 645, 650, 656; 예를 들어 최대 흡수 범위가 418 nm (DY-415) 내지 844 nm (DY-831)인 DY-Labels 시리즈 (Dyomics)의 구성원, 예컨대 DY-415, -495, -505, -547, -548, -549, -550, -554, -555, -556, -560, -590, -610, -615, -630, -631, -632, -633, -634, -635, -636, -647, -648, -649, -650, -651, -652, -675, -676, -677, -680, -681, -682, -700, -701, -730, -731, -732, -734, -750, -751, -752, -776, -780, -781, -782, -831, -480XL, -481XL, -485XL, -510XL, -520XL, -521XL; 형광 표지의 ATTO 시리즈 (ATTO-TEC GmbH)의 구성원, 예컨대 ATTO 390, 425, 465, 488, 495, 520, 532, 550, 565, 590, 594, 610, 611X, 620, 633, 635, 637, 647, 647N, 655, 680, 700, 725, 740; 염료의 CAL Fluor® 시리즈 또는 Quasar® 시리즈 (Biosearch Technologies)의 구성원, 예컨대 CAL Fluor® Gold 540, CAL Fluor® Orange 560, Quasar® 570, CAL Fluor® Red 590, CAL Fluor® Red 610, CAL Fluor® Red 635, Quasar® 570, 및 Quasar® 670을 포함하나 이에 국한되지 않는다. 일부 실시양태에서, 제1 광검출 가능 표지는 제2 광검출 가능 모이어티와 상호작용하여, 예를 들어 형광 공명 에너지 전달 ("FRET"; 공명 에너지 전달로도 알려짐)을 통해 검출성 신호를 변형시킨다.Nucleotide analogs can be attached to or associated with a photodetectable label via a linker to provide a detectable signal. In some embodiments, the photodetectable label is a fluorescent compound, such as a small molecule fluorescent label. Fluorescent molecules (fluorophores) suitable as fluorescent labels include 1,5 IAEDANS; 1,8-ANS; 4-methylumbelliferone; 5-carboxy-2,7-dichlorofluorescein; 5-carboxyfluorescein (5-FAM); fluorescein amidite (FAM); 5-carboxynaphthofluorescein; tetrachloro-6-carboxyfluorescein (TET); hexachloro-6-carboxyfluorescein (HEX); 2,7-dimethoxy-4,5-dichloro-6-carboxyfluorescein (JOE); VIC®; NED™; tetramethylrhodamine (TMR); 5-carboxytetramethylrhodamine (5-TAMRA); 5-HAT (hydroxytryptamine); 5-hydroxytryptamine (HAT); 5-ROX (carboxy-X-rhodamine); 6-carboxyrhodamine 6G; 6-JOE; Light Cycler® Red 610; Light Cycler® Red 640; Light Cycler® Red 670; Light Cycler® Red 705; 7-amino-4-methylcoumarin; 7-aminoactinomycin D (7-AAD); 7-hydroxy-4-methylcoumarin; 9-amino-6-chloro-2-methoxyacridine; 6-methoxy-N-(4-aminoalkyl)quinolinium bromide hydrochloride (ABQ); acid fuchsin; ACMA (9-amino-6-chloro-2-methoxyacridine); acridine orange; Acridine Red; acridine yellow; acriflavine; acriflavin poylgen SITSA; AFPs-autofluorescent proteins-(Quantum Biotechnologies); Texas Red; Texas Red-X zygote; Thiadicarbocyanin (DiSC3); Thiazine Red R; thiazole orange; thioflavin 5; Thioflavin S; Thioflavin TCN; thiolite; Thiozol Orange; Tinopol CBS (Calcofluor White); TMR; TO-PRO-1; TO-PRO-3; TO-PRO-5; TOTO-1; TOTO-3; TriColor (PE-Cy5); TRITC (tetramethylrhodamine-isothiocyanate); true blue; True Red; ultra light; Uranine B; UBITEX SFC; WW 781; X-rhodamine; X-rhodamine-5-(and-6)-isothiocyanate (5(6)-XRITC); xylene orange; Y66F; Y66H; Y66W; YO-PRO-1; YO-PRO-3; YOYO-1; Interchelating dyes such as YOYO-3, Sybr Green, and thiazole orange; Members of the Alexa Fluor® dye series (from Molecular Probes/Invitrogen) that cover a broad spectrum and match the dominant output wavelengths of common excitation sources, such as Alexa Fluor 350, Alexa Fluor 405, 430, 488, 500, 514, 532, 546, 555, 568, 594, 610, 633, 635, 647, 660, 680, 700, and 750; Members of the broad-spectrum Cy Dye fluorophore series (GE Healthcare) such as Cy3, Cy3B, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7; Members of the Oyster® dye fluorophore (Denovo Biolabels) such as Oyster-500, -550, -556, 645, 650, 656; For example, members of the DY-Labels series (Dyomics) with maximum absorption ranging from 418 nm (DY-415) to 844 nm (DY-831), such as DY-415, -495, -505, -547, -548, -549, -550, -554, -555, -556, -560, -590, -610, -615, -630, -631, -632, -633, -634, -635, -636, -647 , -648, -649, -650, -651, -652, -675, -676, -677, -680, -681, -682, -700, -701, -730, -731, -732, - 734, -750, -751, -752, -776, -780, -781, -782, -831, -480XL, -481XL, -485XL, -510XL, -520XL, -521XL; Members of the ATTO series (ATTO-TEC GmbH) of fluorescent labels, such as ATTO 390, 425, 465, 488, 495, 520, 532, 550, 565, 590, 594, 610, 611X, 620, 633, 635, 637, 647, 647N, 655, 680, 700, 725, 740; Members of the CAL Fluor® series or Quasar® series (Biosearch Technologies) of dyes, such as CAL Fluor® Gold 540, CAL Fluor® Orange 560, Quasar® 570, CAL Fluor® Red 590, CAL Fluor® Red 610, CAL Fluor® Red Including, but not limited to, 635, Quasar® 570, and Quasar® 670. In some embodiments, the first photodetectable label interacts with a second photodetectable moiety to achieve, for example, fluorescence resonance energy transfer (“FRET”; Modifies the detectable signal through (also known as resonance energy transfer).
본원에 개시된 시스템 및 방법에 의해 활용되는 형광 표지는 예를 들어 400 nm 내지 800 nm 범위의 다양한 피크 흡수 파장을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 형광 표지의 피크 흡수 파장은 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, 800 nm, 또는 이 값들 중 임의의 두 값 사이의 수 또는 범위일 수 있거나, 대략 이들 값일 수 있다. 일부 실시양태에서 형광 표지의 피크 흡수 파장은 적어도 또는 최대 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, 또는 800 nm일 수 있다.Fluorescent labels utilized by the systems and methods disclosed herein can have various peak absorption wavelengths, for example, ranging from 400 nm to 800 nm. In some embodiments, the peak absorption wavelength of the fluorescent label is 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, 800 nm, or any of these values. It may be a number or range between two values, or may be approximately these values. In some embodiments, the peak absorption wavelength of the fluorescent label is at least or at most 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, may be 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, or 800 nm .
형광 표지는 예를 들어 400 nm내지 800 nm 범위의 다양한 피크 방출 파장을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 형광 표지의 피크 방출 파장은 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, 800 nm, 또는 이 값들 중 임의의 두 값 사이의 수 또는 범위일 수 있거나, 대략 이들 값일 수 있다. 일부 실시양태에서 형광 표지의 피크 방출 파장은 적어도 또는 최대 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, 또는 800 nm일 수 있다.Fluorescent labels can have various peak emission wavelengths, for example ranging from 400 nm to 800 nm. In some embodiments, the peak emission wavelength of the fluorescent label is 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, 800 nm, or any of these values. It may be a number or range between two values, or may be approximately these values. In some embodiments, the peak emission wavelength of the fluorescent label is at least or at most 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, may be 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770, 780, 790, or 800 nm .
형광 표지는 예를 들어 10 nm내지 200 nm 범위의 다양한 스톡스 이동을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 스트로크 이동은 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200 nm, 또는 이 값들 중 임의의 두 값 사이의 수 또는 범위일 수 있거나, 대략 이들 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, 스토크 이동은 적어도 또는 최대 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 또는 200 nm일 수 있다.Fluorescent labels may have varying Stokes shifts, for example ranging from 10 nm to 200 nm. In some embodiments, the stroke travel is 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200 nm, or It may be a number or range between any two of these values, or may be approximately these values. In some embodiments, the stoke movement is at least or at most 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, or It may be 200 nm.
2개 이상의 형광 표지는 방출 스펙트럼이 중첩될 수 있으며 누화가 발생할 수 있다. 일부 실시양태에서, 임의의 2개의 형광 표지의 피크 방출 파장 사이의 거리는 예를 들어 10 nm 내지 200 nm 범위로 다양할 수 있다. 일부 실시양태에서, 임의의 2개의 형광 표지의 피크 방출 파장 사이의 거리는 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200 nm, 또는 이 값들 중 임의의 두 값 사이의 수 또는 범위일 수 있거나, 대략 이들 값일 수 있다. 일부 실시양태에서, 임의의 2개의 형광 표지의 피크 방출 파장 사이의 거리는 적어도 또는 최대 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 또는 200 nm일 수 있다.Two or more fluorescent labels may have overlapping emission spectra and crosstalk may occur. In some embodiments, the distance between the peak emission wavelengths of any two fluorescent labels can vary, for example in the range from 10 nm to 200 nm. In some embodiments, the distance between the peak emission wavelengths of any two fluorescent labels is 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, It may be 170, 180, 190, 200 nm, or a number or range between any two of these values, or may be approximately these values. In some embodiments, the distance between the peak emission wavelengths of any two fluorescent labels is at least or at most 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150. , 160, 170, 180, 190, or 200 nm.
다양한 길이와 화학적 특성을 갖는 다양한 유형의 링커가 사용될 수 있다. "링커"라는 용어는 하나 이상의 분자 또는 화합물을 서로, 반응 혼합물의 다른 성분 및/또는 반응 부위에 연결하는 데 유용한 모든 모이어티를 포함한다. 예를 들어, 링커는 리포터 분자 또는 "표지" (예를 들어, 형광 염료)를 반응 성분에 부착할 수 있다. 특정 실시양태에서, 링커는 치환 또는 비치환 알킬 (예를 들어, 2 내지 5개의 탄소 사슬), 치환 또는 비치환 헤테로알킬, 치환 또는 비치환 아릴, 치환 또는 비치환 헤테로아릴, 치환 또는 비치환 사이클로알킬, 및 치환 또는 비치환 헤테로사이클로알킬로부터 선택된 구성원이다. 한 예에서, 링커 모이어티는 적어도 하나의 헤테로원자를 임의로 포함 (예를 들어, 에테르, 티오에테르, 아미드, 설폰아미드, 카보네이트, 카바메이트, 우레아 및 티오우레아와 같은 적어도 하나의 작용기)하고, 적어도 하나의 방향족, 헤테로방향족 또는 비-방향족 고리 구조 (예를 들어, 사이클로알킬, 페닐)를 임의로 포함하는 직쇄 및 분지형 탄소 사슬로부터 선택된다. 특정 실시양태에서, 염화 시누릭, 밀라민, 디아미노프로판산, 아스파르트산, 시스테인, 글루탐산, 파이로글루탐산, S-아세틸메르캅토석신산 무수물, 카보벤족시라이신, 히스틴, 라이신, 세린, 호모세린, 티로신, 피페리디닐-1,1-아미노 카르복실산, 디아미노벤조산 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 삼작용성 연결 능력을 갖는 분자가 사용된다.특정 특정 실시양태에서, 친수성 PEG (폴리에틸렌 글리콜) 링커가 사용된다.Various types of linkers with various lengths and chemical properties can be used. The term “linker” includes any moiety useful for linking one or more molecules or compounds to each other, to other components of the reaction mixture, and/or to the reaction site. For example, a linker can attach a reporter molecule or “label” (e.g., a fluorescent dye) to a reaction component. In certain embodiments, the linker is substituted or unsubstituted alkyl (e.g., 2 to 5 carbon chains), substituted or unsubstituted heteroalkyl, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, substituted or unsubstituted cyclo. It is a member selected from alkyl, and substituted or unsubstituted heterocycloalkyl. In one example, the linker moiety optionally contains at least one heteroatom (e.g., at least one functional group such as ether, thioether, amide, sulfonamide, carbonate, carbamate, urea, and thiourea), and at least selected from straight and branched carbon chains, optionally containing one aromatic, heteroaromatic or non-aromatic ring structure (e.g., cycloalkyl, phenyl). In certain embodiments, synuric chloride, mylamin, diaminopropanoic acid, aspartic acid, cysteine, glutamic acid, pyroglutamic acid, S-acetylmercaptosuccinic anhydride, carbobenzoxylysine, histine, lysine, serine, homo Molecules with trifunctional linking capabilities are used, including but not limited to serine, tyrosine, piperidinyl-1,1-amino carboxylic acid, diaminobenzoic acid, etc. In certain specific embodiments, hydrophilic PEG (polyethylene glycol ) linker is used.
특정 실시양태에서, 링커는 적어도 2개의 반응성 작용기 (예를 들어, 각 말단에 하나씩)를 포함하는 분자로부터 유래되고, 이들 반응성 작용기는 다양한 반응 성분 상의 상보적인 반응성 작용기와 반응할 수 있거나 하나 이상의 반응성 성분을 반응 부위에 고정시키는 데 사용될 수 있다. 본원에 사용된 "반응성 작용기"는 올레핀, 아세틸렌, 알코올, 페놀, 에테르, 산화물, 할로겐화물, 알데하이드, 케톤, 카르복실산, 에스테르, 아미드, 시아네이트, 이소시아네이트, 티오시아네이트, 이소티오시아네이트, 아민, 히드라진, 히드라존, 히드라지드, 디아조, 디아조늄, 니트로, 니트릴, 메르캅탄, 황화물, 이황화물, 설폭사이드, 설폰, 설폰산, 설핀산, 아세탈, 케탈, 무수물, 황산염, 설펜산 이소니트릴, 아미딘, 이미드, 이미데이트, 니트론, 하이드록실아민, 옥심, 하이드록삼산 티오하이드록삼산, 알렌, 오르토 에스테르, 아황산염, 엔아민, 인아민, 우레아, 슈도우레아, 세미카르바지드, 카르보디이미드, 카르바메이트, 이민, 아지드, 아조 화합물, 아족시 화합물, 및 니트로소 화합물을 포함하나 이에 제한되지 않는 기를 지칭한다. 반응성 작용기에는 생체접합체를 제조하는 데 사용되는 것, 예를 들어 N-하이드록시석신이미드 에스테르, 말레이미드 등도 포함된다.In certain embodiments, the linker is derived from a molecule comprising at least two reactive functional groups (e.g., one at each end), which reactive functional groups are capable of reacting with complementary reactive functional groups on the various reactive moieties or are capable of reacting with one or more reactive functional groups. It can be used to immobilize components at reaction sites. As used herein, “reactive functional group” includes olefins, acetylenes, alcohols, phenols, ethers, oxides, halides, aldehydes, ketones, carboxylic acids, esters, amides, cyanates, isocyanates, thiocyanates, isothiocyanates, Amine, hydrazine, hydrazone, hydrazide, diazo, diazonium, nitro, nitrile, mercaptan, sulfide, disulfide, sulfoxide, sulfone, sulfonic acid, sulfinic acid, acetal, ketal, anhydride, sulfate, isofenic acid. Nitrile, amidine, imide, imidate, nitrone, hydroxylamine, oxime, hydroxamic acid, thiohydroxamic acid, allene, ortho ester, sulfite, enamine, phosphoamine, urea, pseudourea, semicarbazide , carbodiimide, carbamate, imine, azide, azo compound, azoxy compound, and nitroso compound. Reactive functional groups also include those used to prepare bioconjugates, such as N-hydroxysuccinimide esters, maleimides, etc.
절단 가능한 링커는 비제한적인 예로서 친전자성 절단 가능한 링커, 친핵성 절단 가능한 링커, 광절단 가능한 링커, 환원 조건 (예를 들어 이황화물 또는 아지드 함유 링커), 산화 조건 하에서 절단 가능, 안전 캐치 링커의 사용을 통해 절단 가능 및 제거 메커니즘에 의해 절단 가능한 것일 수 있다. 염료 화합물을 기판 모이어티에 부착하기 위해 절단 가능한 링커를 사용하면 필요한 경우 검출 후 표지를 제거하여 다운스트림 단계에서 임의의 간섭 신호를 피할 수 있다.Cleavable linkers include, but are not limited to, electrophilic cleavable linkers, nucleophilic cleavable linkers, photocleavable linkers, cleavable under reducing conditions (e.g. disulfide or azide containing linkers), cleavable under oxidizing conditions, safety catch. It may be cleavable through the use of a linker or cleavable through a removal mechanism. Using a cleavable linker to attach the dye compound to the substrate moiety allows the label to be removed after detection if necessary, avoiding any interfering signals in downstream steps.
본원에 사용된 "광학 채널"은 광학 주파수 (또는 동등하게는 파장)의 미리 정의된 프로파일이다. 예를 들어, 제1 광채널은 500 nm 내지 600 nm의 파장을 가질 수 있다. 제1 광학 채널에서 이미지를 촬영하려면 500 nm 내지 600 nm의 빛에만 반응하는 검출기를 사용하거나 500 nm 내지 600 nm의 투과창을 갖는 대역 통과 필터를 사용하여 들어오는 빛을 300 nm 내지 800 nm의 빛에 반응하는 검출기로 필터링할 수 있다. 제2 광학 채널은 300 nm 내지 450 nm 및 850 nm 내지 900 nm의 파장을 가질 수 있다. 제2 광학 채널에서 이미지를 촬영하려면 300 nm 내지 450 nm 빛에 반응하는 검출기와 850 nm 내지 900 nm 빛에 반응하는 다른 검출기를 사용한 다음 두 검출기의 검출된 신호를 합할 수 있다. 대안적으로, 제2 광학 채널에서 이미지를 촬영하기 위해 300 nm 내지 900 nm 빛에 반응하는 검출기 앞에서 451 nm 내지 849 nm 빛을 거부하는 대역저지 필터를 사용할 수 있다.As used herein, an “optical channel” is a predefined profile of optical frequencies (or equivalently wavelengths). For example, the first optical channel may have a wavelength of 500 nm to 600 nm. To take an image in the first optical channel, use a detector that responds only to light between 500 nm and 600 nm, or use a bandpass filter with a transmission window of 500 nm to 600 nm to divide the incoming light into light between 300 nm and 800 nm. Filtering is possible with a responsive detector. The second optical channel may have a wavelength of 300 nm to 450 nm and 850 nm to 900 nm. To take images in a second optical channel, one can use a detector that responds to 300 nm to 450 nm light and another detector that responds to 850 nm to 900 nm light, and then add the detected signals from both detectors. Alternatively, a bandstop filter that rejects 451 nm to 849 nm light can be used in front of a detector that responds to 300 nm to 900 nm light to image in the second optical channel.
추가 노트Additional notes
본원에 설명된 실시양태는 예시적이다. 수정, 재배치, 치환 과정 등이 이들 실시양태에 대해 이루어질 수 있으며 여전히 본원에 설명된 교시 내에 포함될 수 있다. 본원에 설명된 단계, 과정, 또는 방법 중 하나 이상은 적절하게 프로그래밍된 하나 이상의 처리 및/또는 디지털 장치에 의해 수행될 수 있다.The embodiments described herein are exemplary. Modifications, rearrangements, substitutions, etc. can be made to these embodiments and still remain within the teachings described herein. One or more of the steps, processes, or methods described herein may be performed by one or more appropriately programmed processing and/or digital devices.
본원에 개시된 실시양태와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 이미징 또는 데이터 처리 기법은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들 둘의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 상호교환성을 설명하기 위해, 다양한 예시적인 구성 요소, 블록, 모듈 및 단계가 일반적으로 기능 측면에서 설명되었다. 그러한 기능이 하드웨어로 구현되는지 아니면 소프트웨어로 구현되는지는 전체 시스템에 부과되는 특정 애플리케이션과 설계 제약 조건에 따라 달라진다. 설명된 기능은 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식으로 구현될 수 있지만, 그러한 구현 결정이 본 개시내용의 범위로부터 벗어나는 것으로 해석되어서는 안 된다.The various exemplary imaging or data processing techniques described in connection with the embodiments disclosed herein may be implemented in electronic hardware, computer software, or a combination of the two. To illustrate this interchangeability of hardware and software, various illustrative components, blocks, modules and steps have been described generally in terms of functionality. Whether such functionality is implemented in hardware or software depends on the specific application and design constraints imposed on the overall system. The described functionality may be implemented in varying ways for each particular application, but such implementation decisions should not be construed as causing a departure from the scope of the present disclosure.
본원에 개시된 실시양태와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 검출 시스템은 특정 명령어로 구성된 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적 회로 (ASIC), 필드 프로그래밍 지원 게이트 어레이 (FPGA) 또는 기타 프로그래밍 가능 논리 장치와 같은 기계, 개별 게이트 또는 트랜지스터 논리, 개별 하드웨어 구성 요소, 또는 여기에 설명된 기능을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합에 의해 구현되거나 수행될 수 있다. 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안적으로 프로세서는 컨트롤러, 마이크로컨트롤러 또는 상태 머신, 이들의 조합 등일 수 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 장치의 조합, 예를 들어 DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 접합된 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본원에 설명된 시스템은 개별 메모리 칩, 마이크로프로세서의 메모리 일부, 플래시, EPROM 또는 기타 유형의 메모리를 사용하여 구현될 수 있다.Various example detection systems described in connection with embodiments disclosed herein may be implemented using a processor, digital signal processor (DSP), application specific integrated circuit (ASIC), field programmable gate array (FPGA), or other programmable logic device configured with specific instructions. It may be implemented or performed by a machine such as a separate gate or transistor logic, a separate hardware component, or any combination thereof designed to perform the functions described herein. The processor may be a microprocessor, but alternatively the processor may be a controller, microcontroller, or state machine, a combination thereof, etc. The processor may also be implemented as a combination of computing devices, such as a combination of a DSP and a microprocessor, a plurality of microprocessors, one or more microprocessors coupled with a DSP core, or any other such configuration. For example, the systems described herein may be implemented using individual memory chips, portions of the memory of a microprocessor, flash, EPROM, or other types of memory.
본원에 개시된 실시양태와 관련하여 설명된 방법, 프로세스, 또는 알고리즘의 요소는 하드웨어, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈, 또는 이 둘의 조합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 이동식 디스크, CD-ROM, 또는 당 기술 분야에 알려진 다른 형태의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 상주할 수 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 읽고 저장 매체에 정보를 기록할 수 있도록 프로세서에 연결될 수 있다. 대안으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수 있다. 프로세서와 저장 매체는 ASIC에 상주할 수 있다. 소프트웨어 모듈은 하드웨어 프로세서가 컴퓨터 실행 가능 명령어를 실행하게 하는 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있다.Elements of the methods, processes, or algorithms described in connection with the embodiments disclosed herein may be implemented directly in hardware, software modules executed by a processor, or a combination of the two. Software modules may reside in RAM memory, flash memory, ROM memory, EPROM memory, EEPROM memory, registers, hard disk, removable disk, CD-ROM, or any other form of computer-readable storage medium known in the art. An example storage medium can be coupled to the processor such that the processor can read information from the storage medium and write information to the storage medium. Alternatively, the storage medium may be integrated into the processor. The processor and storage media may reside in an ASIC. A software module may include computer-executable instructions that cause a hardware processor to execute computer-executable instructions.
본원에 사용된 조건부 언어 예를 들어, "할 수 있다(can)", "할 수 있다(might)", "할 수 있다(may)", "예를 들어" 등은 달리 구체적으로 언급되지 않거나 사용된 문맥 내에서 달리 이해되지 않는 한, 일반적으로 특정 실시양태는 특정 특징, 요소 및/또는 상태를 포함하지만 다른 실시양태는 포함하지 않는다는 점을 전달하려는 의도를 갖는다. 따라서, 이러한 조건부 언어는 일반적으로 특징, 요소 및/또는 상태가 하나 이상의 실시양태에 어떤 식으로든 필요하거나, 하나 이상의 실시양태에서 이러한 특징, 요소 및/또는 상태가 특정 실시양태에 포함되거나 수행되어야 하는지 여부를 작성자 입력 또는 프롬프트의 유무에 관계없이 결정하기 위한 논리를 반드시 포함한다는 것을 암시하는 것은 아니다. "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "갖는", "포함하는(involving)" 등의 용어는 동의어이며 개방형 방식으로 포괄적으로 사용되며 추가 요소, 특징, 행위, 작동 등을 배제하지 않는다. 또한 "또는"이라는 용어는 (배타적인 의미가 아닌) 포괄적인 의미로 사용되므로, 예를 들어 요소 목록을 연결하는 데 사용되는 경우 "또는"이라는 용어는 목록의 요소 중 하나, 일부 또는 전부를 의미한다.Conditional language used herein, such as “can,” “might,” “may,” “for example,” etc., is used unless otherwise specifically stated. Unless otherwise understood within the context in which it is used, it is generally intended to convey that certain embodiments include certain features, elements and/or states but not other embodiments. Accordingly, such conditional language generally requires that a feature, element, and/or state be in some way required in one or more embodiments, or that one or more embodiments require that such feature, element, and/or state be included or performed in a particular embodiment. It is not implied that it necessarily contains logic for determining whether or not author input or prompts are present. The terms “comprising,” “including,” “having,” “involving,” etc. are synonymous and are used in an open-ended and inclusive manner to refer to additional elements, features, acts, operations, etc. Don't rule it out. Additionally, the term "or" is used in an inclusive sense (rather than an exclusive sense), so that, for example, when used to concatenate a list of elements, the term "or" means one, some, or all of the elements in the list. do.
"X, Y 또는 Z 중 적어도 하나"라는 문구와 같은 접속어는 별도로 명시하지 않는 한, 항목, 용어 등이 X, Y, 또는 Z, 또는 이들의 임의의 조합 (예를 들어, X, Y 및/또는 Z)일 수 있음을 나타내기 위해 일반적으로 사용되는 문맥으로 이해된다. 따라서, 그러한 접속어는 일반적으로 특정 실시양태가 X 중 적어도 하나, Y 중 적어도 하나, 또는 Z 중 적어도 하나가 각각 존재할 것을 요구한다는 것을 암시하려는 의도가 아니고 암시해서도 안 된다.A conjunction, such as the phrase “at least one of It is understood as a context commonly used to indicate that it can be or Z). Accordingly, such conjunctions are generally not intended to and should not imply that a particular embodiment requires each of at least one of X, at least one of Y, or at least one of Z to be present.
"약" 또는 "대략" 등의 용어는 동의어이며 용어에 의해 수정된 값이 그와 관련된 이해된 범위를 가지고 있음을 나타내는 데 사용되며, 여기서 범위는 ±20%, ±15%, ±10%, ±5%, 또는 ±1%일 수 있다. "실질적으로"라는 용어는 결과 (예를 들어, 측정 값)가 목표 값에 가깝다는 것을 나타내는 데 사용되며, 여기서 가깝다는 것은 예를 들어 결과가 값의 80% 이내, 값의 90% 이내, 값의 95% 이내, 또는 값의 99% 이내임을 의미할 수 있다.Terms such as "about" or "approximately" are synonyms and are used to indicate that the value modified by the term has an understood range associated therewith, wherein the range is ±20%, ±15%, ±10%, It may be ±5%, or ±1%. The term "substantially" is used to indicate that a result (e.g., a measured value) is close to a target value, where close means, for example, that the result is within 80% of the value, within 90% of the value, or close to the target value. It may mean within 95% of the value, or within 99% of the value.
달리 명시적으로 언급하지 않는 한, "a" 또는 "an"과 같은 관사는 일반적으로 하나 이상의 설명된 항목을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, "~로 구성된 장치" 또는 "~하는 장치"와 같은 문구는 하나 이상의 재인용된 장치를 포함하도록 의도된다. 이러한 하나 이상의 재인용된 장치는 명시된 재인용을 수행하도록 집합적으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, "재인용 A, B 및 C를 수행하는 프로세서"는 재인용 B 및 C를 수행하도록 구성된 제2 프로세서와 함께 작동하는 재인용 A를 수행하도록 구성된 제1 프로세서를 포함할 수 있다.Unless explicitly stated otherwise, articles such as “a” or “an” should generally be interpreted as including one or more of the described items. Accordingly, phrases such as “a device consisting of” or “a device for” are intended to include one or more of the recited devices. Such one or more requoting devices may be collectively configured to perform the specified requoting. For example, a “processor performing recitation A, B, and C” may include a first processor configured to perform recitation A operating in conjunction with a second processor configured to perform recitation B and C.
위의 상세한 설명은 예시적인 실시양태에 적용되는 새로운 특징을 도시하고 설명하고 지적했지만, 예시된 장치 또는 알고리즘의 형태와 세부사항에 대한 다양한 생략, 대체 및 변경이 본 개시의 정신을 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 인식되는 바와 같이, 본원에 설명된 특정 실시양태는 일부 특징이 다른 특징과 별도로 사용되거나 실행될 수 있으므로 본원에 설명된 모든 특징 및 이점을 제공하지 않는 형태 내에서 구현될 수 있다. 청구항의 의미와 동등성 범위 내에 있는 모든 변경 사항은 해당 범위 내에 포함된다.Although the above detailed description illustrates, describes, and points out novel features applicable to example embodiments, various omissions, substitutions, and changes in the form and details of the illustrated devices or algorithms may be made without departing from the spirit of the present disclosure. It will be understood that there is. As will be appreciated, certain embodiments described herein may be implemented in forms that do not provide all of the features and advantages described herein because some features may be used or practiced separately from other features. All changes that come within the meaning and equivalency of the claims are included within their scope.
전술한 개념들의 모든 조합 (그러한 개념들이 상호 모순되지 않는 한)은 본원에 개시된 발명의 주제의 일부로서 고려된다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 본 개시의 마지막 부분에 나타나는 청구범위의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 발명 주제의 일부인 것으로 고려된다.It should be understood that all combinations of the foregoing concepts (unless such concepts are mutually contradictory) are considered part of the inventive subject matter disclosed herein. In particular, any combination of claims appearing at the end of this disclosure is considered to be part of the subject matter disclosed herein.
Claims (30)
제1 파장 범위의 빛을 검출하도록 구성된 제1 검출기;
제2 파장 범위의 빛을 검출하도록 구성된 제2 검출기;
광학 주파수의 빛을 출력하는 레이저 또는 발광 다이오드를 포함하는 광원; 및
기판 상의 핵산 서열로부터 방출을 자극하기 위해 광학 주파수의 빛을 생성하고;
방출이 제1 검출기, 제2 검출기, 제1 및 제2 검출기 모두에 수신되는지, 또는 제1 검출기 및 제2 검출기 어느 것에도 수신되지 않는지에 기초하여 핵산 서열에서 뉴클레오티드를 식별하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 시스템.A system for identifying nucleotides in a nucleic acid sequence bound to a substrate, comprising:
a first detector configured to detect light in a first wavelength range;
a second detector configured to detect light in a second wavelength range;
A light source including a laser or light-emitting diode that outputs light at an optical frequency; and
producing light at optical frequencies to stimulate emission from nucleic acid sequences on the substrate;
a processor configured to identify nucleotides in a nucleic acid sequence based on whether the emission is received at a first detector, a second detector, both the first and second detectors, or neither the first detector nor the second detector; , system.
제1 형광 표지에 커플링된 제1 뉴클레오티드;
제2 형광 표지에 커플링된 제2 뉴클레오티드;
제3 형광 표지에 커플링된 제3 뉴클레오티드; 및
형광 표지에 커플링되지 않은 제4 뉴클레오티드를 추가로 포함하며,
여기서 광원은
제1 형광 표지를 여기시켜 제1 검출기에 의해 검출될 수 있는 빛을 방출하고;
제2형광 표지를 여기시켜 제2 검출기에 의해 검출될 수 있는 빛을 방출하고;
제3 형광 표지를 여기시켜 제1 및 제2 검출기 모두에 의해 검출될 수 있는 빛을 방출하도록 구성된, 시스템.According to paragraph 1,
a first nucleotide coupled to a first fluorescent label;
a second nucleotide coupled to a second fluorescent label;
a third nucleotide coupled to a third fluorescent label; and
It further comprises a fourth nucleotide that is not coupled to the fluorescent label,
Here the light source is
exciting the first fluorescent label to emit light that can be detected by a first detector;
exciting the second fluorescent label to emit light that can be detected by a second detector;
A system configured to excite a third fluorescent label to emit light that can be detected by both the first and second detectors.
, 및 .The system of claim 2, wherein the fluorescent label is selected from the group consisting of:
, and .
광원으로부터 광학 주파수의 빛을 폴리뉴클레오티드에 방출하는 단계;
폴리뉴클레오티드가 제1 파장의 빛, 제2 파장의 빛, 제1 및 제2 파장의 빛 모두에서 형광을 발하는 결합된 형광 표지를 가지고 있는지 또는 형광이 없는지 결정하는 단계; 및
제1 파장의 빛, 제2 파장의 빛, 제1 및 제2 파장의 빛 둘 모두에서 검출 가능한 방출이 있는지 또는 형광이 없는지 여부에 따라 폴리뉴클레오티드의 서열을 식별하는 단계를 포함하는, 방법.A method for determining the sequence of a polynucleotide, comprising:
Emitting light at an optical frequency from a light source to the polynucleotide;
determining whether the polynucleotide has a bound fluorescent label that fluoresces under a first wavelength of light, a second wavelength of light, both the first and second wavelengths of light, or is devoid of fluorescence; and
A method comprising identifying a sequence of a polynucleotide based on whether there is detectable emission or no fluorescence in a first wavelength of light, a second wavelength of light, both the first and second wavelengths of light.
제1 뉴클레오티드가 제1 형광 표지에 커플링되어 있는지 결정하는 단계;
제2 뉴클레오티드가 제2 형광 표지에 커플링되어 있는지 결정하는 단계;
제3 뉴클레오티드가 제3 형광 표지에 커플링되어 있는지 결정하는 단계; 및
제4 뉴클레오티드가 형광 표지에 커플링되지 않았는지 결정하는 단계.28. The method of claim 27, wherein determining whether the polynucleotide has a bound fluorescent label comprises:
determining whether the first nucleotide is coupled to the first fluorescent label;
determining whether a second nucleotide is coupled to a second fluorescent label;
determining whether a third nucleotide is coupled to a third fluorescent label; and
Determining whether the fourth nucleotide is not coupled to the fluorescent label.
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